十亿年对月球玻璃的影响

如果将玻璃暴露在空气和流水之外数十亿年，会发生什么情况？我们可以通过研究月球上自然形成的玻璃来找到这个问题的答案。月球可能缺乏地球上岩石或矿物通常具有的风化特征，但这并不意味着这颗卫星完全没有生命力。科学家们知道，长时间暴露在辐射下会在月球表面留下痕迹。现在，一项新研究表明，数十亿年的辐射暴露似乎使月球玻璃变硬，据昨天在《科学进展》杂志上发表研究成果的团队称。

月球似乎不是寻找玻璃的明显地点。但微小的玻璃球体却遍布月球风化层——覆盖月球表面的岩石碎片和其他松散物质。流星体不断轰击这些物质，将其熔化成微小的水池。随着熔融的风化层冷却下来，它会硬化成玻璃。

玻璃不仅仅是一种用来装在窗户上的易碎透明薄片。科学家认为这种物质是液体快速冷却而原子未进入确定结构的结果。因此，一些科学家认为玻璃是一种独立的物质状态。

而且，即使在月球上，玻璃也不可能在数十亿年内保持不变。尽管月球既没有像地球那样的大气层，也没有流水来风化岩石，但月球表面还是会受到地球大气层通常会过滤掉的东西的影响：辐射。其中一些来自太阳；一些来自更远的地方的宇宙射线。无论如何，经过数十亿年的辐射暴露，影响会逐渐积累。

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地质学家长期以来一直对辐射如何影响月球土壤感兴趣。亚利桑那州立大学空间材料科学家 Rhonda Stroud 表示：“我们已经对此进行了 20 年的研究。”Stroud 并非本文作者。

这项工作的大部分内容是复制月球土壤，他们称之为模拟物，并将它们暴露在辐射下。但是，斯特劳德说，通过研究大量的物质粒子很难知道单个物质粒子的反应。“任何一个小小的灰尘颗粒或亚毫米玻璃球都有自己的年龄，”她说。“东西被埋起来了，风化层翻腾着。”

幸运的是，地球上确实有月球玻璃，这些玻璃是我们月球任务带回的样本。最近，我们要感谢嫦娥五号月球着陆器，它于 2020 年 11 月从中国升空，不到一个月后就带着 3.81 磅的纪念品返回。嫦娥五号没有降落在月球上遭受过多次撞击的地方——因此没有带回太多玻璃。

尽管如此，科学家们还是成功筛选了嫦娥五号的遗物，并挑选出五种特殊的玻璃状粒子，每颗粒子的宽度与人类头发丝相当。他们在透射电子显微镜下检查了每颗粒子，从而可以查看其结构。他们还在每个粒子上按了一个微型探针，从而可以测试粒子对力的反应。

研究人员随后将样本加热至 1100 华氏度以上的液态温度，保持一分钟，然后冷却，使样本“恢复活力”。他们对恢复活力的样本重复了相同的显微镜和压力测试，以便估计这些粒子在月球上停留数亿年甚至数十亿年并沐浴在辐射中之前的样子。

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他们发现，工程师称之为杨氏模量的一项特性发生了剧烈变化，该特性衡量材料需要多大的力才能扭曲一定长度。如果研究人员的复原样品有任何迹象，那么长时间的辐射暴露会使玻璃的杨氏模量增加多达 70%。更微妙的是，辐射似乎也使一些颗粒变硬。

这些发现可以帮助科学家弄清楚玻璃在其他星球的土壤中的行为。研究小组认为，这也可能有助于我们了解我们在地球上制造的玻璃的行为。

事实上，本文作者认为月球玻璃本身可能很快就会派上用场。在他们的设想中，月球居民可能会在月球风化层中筛选玻璃珠，并将其转化为玻璃，用于他们的车辆或栖息地。

但并不是所有人都清楚这样的研究如何转化为实际的基础设施。“太阳风的辐射非常非常慢，”斯特劳德说。“我认为我们不需要能承受数十亿年的材料。”