中国2020年登月任务带回的月球样本中含有能够提供月球历史线索的矿物质

哈耶萨鲁亚源

月球上的新陨石坑。图片:美国国家航空航天局/GSFC/亚利桑那州立大学

（）据美国物理研究所：地球的月亮获得了瑞士奶酪的外观，因为天体撞击其表面，形成了撞击坑。但是留下的不仅仅是陨石坑。这种碰撞的巨大压力和温度也影响了覆盖在月球表面的岩石和尘埃，即风化层，改变了其矿物成分和结构。分析由此产生的矿物为现代研究人员提供了月球过去的线索。

中国的嫦娥五号是自1976年苏联月球24号以来的首次月球样品返回任务，从Oceanus Procellarum飞机上带回了1.73公斤的风化层，该飞机因其巨大而得名。该样本于2020年底随嫦娥五号（CE-5）着陆，其中包括一种新矿物change site-（Y），以及一种令人困惑的二氧化硅矿物组合。

在《极端的物质和辐射》中，中国科学院的研究人员将CE-5的物质成分与其他月球和火星风化层样本进行了比较。他们研究了月球样本独特组成的潜在原因和来源。

小行星和彗星以极高的速度撞击月球，导致月球岩石发生撞击（冲击）变质。这种温度和压力变化发生得很快，并具有独特的特征，包括形成二氧化硅多晶型物，如铁闪石和铁闪石，它们在化学性质上与石英相同，但晶体结构不同。

作者杜薇说:“尽管月球表面覆盖着成千上万个撞击坑，但高压矿物在月球样本中并不常见。”“对此可能的解释之一是大多数高压矿物在高温下不稳定。因此，那些在撞击过程中形成的物质可能经历了一个逆行过程。”

然而，CE-5样品中的二氧化硅碎片同时含有针铁矿和铁矾，这两种矿物理论上只能在比样品似乎经历的压力高得多的压力下共存。

作者确定，铁矾作为一种介于史铁石和第三种二氧化硅多晶型物（α-方石英）之间的物质存在于样品中。

杜说:“换句话说，在压缩过程中，α-方石英可能会形成铁矾，而在随后的升温过程中，一些样品会转化为方石英。”

这次任务还带回了一种新的月球矿物，change site-（Y），这是一种磷酸盐矿物，其特征是无色透明的柱状晶体。

研究人员估计了塑造样本的碰撞的峰值压力（11-40 GPa）和冲击持续时间（0.1-1.0秒）。结合这些信息和冲击波模型，他们估计撞击产生的陨石坑宽度为3至32公里，具体取决于撞击角度。

远程观测表明，CE-5风化层中的远距离喷出物主要来自四个撞击坑，阿里斯塔克斯陨石坑是四个远距离陨石坑中最年轻的。由于铁闪石和铁闪石很容易受到热变质作用的干扰，他们推断二氧化硅碎片可能来自形成阿里斯塔克斯陨石坑的碰撞。

这次样品返回任务展示了现代分析的力量以及它如何帮助揭示天体的历史。