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玻璃材质参数(月球玻璃)

月球,玻璃,太阳风玻璃材质参数(月球玻璃)

发布时间：2020-12-06加入收藏来源：互联网点击：

图6 月壤颗粒表面的非晶层 (a)长石颗粒表面太阳风离子注入产生的非晶层的扫描透射电子显微镜暗场相，长石基底中的箭头指示的是太阳风辐照的耀斑痕迹[60]；(b)长石(An)颗粒表面的沉积非晶层(rim)的透射电子显微镜高分辨图像，非晶层中存在大量直径5 nm左右的纳米铁颗粒[24]

沉积产生的非晶层是另外一种普遍存在的非晶层。首先月球表面的高速撞击尤其是超高速的微陨石撞击会在瞬间产生高温直接气化月球物质，随后热蒸发的气体便会沉积在周围岩石碎屑的表面[14，59]。另外太阳风中的高速带电离子会对月壤颗粒产生溅射作用，溅射出的原子也会沉积在岩石的表面形成非晶层[15]。由于沉积非晶层是来自于周围物质气化或者溅射产生的气体，因此成分通常和衬底颗粒具有非常明显的区别，甚至含有衬底完全没有的元素，比如在不含铁的矿物表面沉积非晶层中发现纳米铁等。撞击产生的沉积非晶层通常富集容易被蒸发出来的挥发性元素比如Na、K、Si等，而缺乏难以被蒸发的Ca和Al[14，26，59]。溅射产生的沉积非晶层则通常会富含溅射产额更高的元素[13]。沉积非晶层中通常会含有纳米铁颗粒[15，24，26，59]，大量的微观结构研究和模拟实验已经证实，在没有太阳风注入的H的参与下，沉积过程自身即足以产生纳米铁[15，25]。对沉积非晶层的这一研究改变了人们对太空风化机理和纳米铁产生机制的认识。

04月球玻璃研究的启示和意义

火山玻璃、撞击玻璃、胶结物玻璃及非晶层等各种起源不同的月球玻璃既是可以长期保存远古物质的容器，也是月球历史信息的记录者，对月球玻璃记录信息的解密将大大加深我们对月球的了解，甚至颠覆了一些传统的认知。月球玻璃记录着月球从内部到表面到太空环境的重要历史信息。利用不同地区的火山玻璃，可以研究岩浆活动等月球内部活动在时间和空间上的演化，火山玻璃中水的发现还打破了月球内部挥发分耗竭的长期认识[20]；从各种各样的撞击玻璃中，可以推测从千米到亚微米尺度陨石的撞击环境[58]，甚至重构出几十亿年间太阳系内的撞击历史[19]；更为普遍的胶结物玻璃，不仅记录着频繁微陨石撞击的历史，还保留着大量的太阳风物质，能够产生纳米铁，改变月壤的光学特性[24，54]，同时也是月球表面水的主要来源[23]；而对两种非晶层的长期研究则构建了我们对于月壤颗粒表面结构和太空风化机理的基本认识[15，59]。

月球玻璃的研究还能帮助我们更好地进行月球资源的开采和利用。比如CE5月壤中的玻璃可以以He气泡的形式更加高效持久地保存He气并且易于开采提取，其储存的3He总量估计可达26万吨，作为核聚变燃料可以满足人类上千年的能源需求[36]。月球上存在着大量可以形成透明玻璃的矿石，比如长石和二氧化硅[7]。我国的玉兔2号在月球表面发现了直径2.5 cm的撞击玻璃球，保存着良好的透光性[6]，结合最近对CE5玻璃抗辐照性能的研究，我们可以在月球表面原位地制造抗太阳风辐照的光学玻璃，用于未来月球基地窗子、太阳能板防护罩以及宇航员面罩等方面。大量的撞击玻璃已经说明月球表面广袤的月壤物质都是潜在的玻璃原料，可以在适当温度下方便地成型为各种形状的物体，甚至可以被制成高强度的玻璃纤维用做月球基地的建筑材料[62]。

对于星际探索而言，月球玻璃研究提供了一个从玻璃的角度去认识和探索太空的新视角。对月球玻璃的研究，启发了我们如何从纷繁复杂的玻璃物质中提取信息和重构历史。比如对月球颗粒表面胶结物和粘结玻璃的研究使我们认识到微陨石撞击活动对无大气行星表面物质具有巨大的改造作用。这些粘结玻璃也成为了研究微陨石撞击的标本，当人们首次从小行星表面采集回土壤时，便从颗粒附着的玻璃物质出发，发现了小行星表面独特的撞击环境[58]。人们还从月球表面非晶层的研究中获得了太空风化最早的知识。月球撞击和太阳风辐照导致的非晶层中经常含有纳米铁，这些细小的纳米铁颗粒会影响近红外光谱，产生发红发暗的效果[15，24—26]。行星科学领域曾有一个长期存在的困惑，即地球上的大部分陨石都被认为来自小行星带，但是它们的光谱特征却和现在观测到的小行星不同[26]。月球玻璃物质的研究给出了一个可能的解释，或许小行星的表面也发生了类似月球的太空风化，光谱随时间发生变化，这一推测最终也被来自小行星的土壤颗粒表面的非晶层和纳米铁证实[61]。随着星际探索工作的逐步扩展，从登陆月球到火星，再到更遥远的陌生星球时，我们可以参考月球玻璃的研究，对陌生星球的玻璃物质进行发掘和研究，作为我们认知新星球的一条重要途径。

人类长期以来对玻璃物理和玻璃材料的研究使我们可以有效地解码月球玻璃隐藏的秘密，而对月球玻璃的研究同样可能反哺我们对玻璃物理和材料的基础研究。月壤中发现过34亿年的火山玻璃珠[20]和40亿年的远古撞击玻璃物质[19]，是人类迄今所能获得的最古老的玻璃物质之一。在玻璃物理的研究中，有一个重要的基础科学问题，那就是理想玻璃是否存在[63—65]。非平衡过程产生的玻璃物质的能量比对应的晶体物质一般要更高，处于热力学上的亚稳态，所以玻璃自形成开始，内部便不断地发生趋向于平衡态的弛豫过程[49—51]。但是人们不知道玻璃弛豫的终点是什么，经过超长时间弛豫的玻璃，究竟会变成晶体，还是会变成一种和晶体能量一样低但是结构仍然无序的理想玻璃呢[50，63—65]？而最为古老、弛豫时间极长的月球玻璃恰好为此提供了一个独一无二的研究机遇。此外，在玻璃材料的设计中，稳定性是一个重要的目标。稳定的玻璃材料可以用来超长期储存核废料，可以作为抗辐照的先进光学玻璃，还可以用于超长时间的数据存储。然而结构的无序和成分的复杂使玻璃材料的设计异常复杂，需要消耗大量人力物力进行试错筛选。月球玻璃具有长达亿万年的稳定性和优异的抗辐照能力，是月球严酷的环境自然筛选出来的超稳定玻璃，正好为我们设计超稳玻璃材料提供了重要的参考，我们可以通过研究和仿制月球玻璃来高效地设计、研制和大量生产超稳定玻璃材料。

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本文到此结束，希望对大家有所帮助呢。

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