近年來(lái)，中國(guó)科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國(guó)家研究中心汪衛(wèi)華院士團(tuán)隊(duì)，聯(lián)合中國(guó)空間技術(shù)研究院楊孟飛院士團(tuán)隊(duì)、南京大學(xué)鄒志剛院士團(tuán)隊(duì)，對(duì)我國(guó)首次地外天體采樣返回樣品——嫦娥五號(hào)月壤開展了研究。
在前期揭示嫦娥五號(hào)月壤中多種類型玻璃物質(zhì)的基礎(chǔ)上，物理所非晶團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步對(duì)月壤中一系列玻璃樣品進(jìn)行了微觀結(jié)構(gòu)表征與分析，以期破解其所記錄的太空風(fēng)化信息。該研究發(fā)現(xiàn)，一顆月球玻璃珠能夠同時(shí)儲(chǔ)存不同尺寸、分布規(guī)律和顯微特征的納米金屬鐵顆粒，并借助玻璃珠明確的撞擊起源和旋轉(zhuǎn)特征，鑒別出在玻璃珠形成凝固前后分別產(chǎn)生的大、小粒徑納米鐵顆粒。進(jìn)一步，交叉結(jié)合天文學(xué)、空間科學(xué)等學(xué)科知識(shí)，研究發(fā)現(xiàn)具有不同光譜改造效應(yīng)的大、小尺寸納米鐵顆粒具有獨(dú)立的形成機(jī)制，分別對(duì)應(yīng)于月球表面的（微）隕石撞擊和太陽(yáng)風(fēng)輻照作用，揭示了（微）隕石撞擊和太陽(yáng)風(fēng)輻照這兩大空間活動(dòng)在太空風(fēng)化過(guò)程中均起到重要而不同的作用。這深化了科學(xué)家對(duì)空間環(huán)境與月表物質(zhì)相互作用機(jī)理的認(rèn)識(shí)，為未來(lái)探索和預(yù)測(cè)月球磁性異常區(qū)、月球陰影區(qū)以及不同太空環(huán)境下小行星等天體顏色的變化規(guī)律提供了啟示。
該研究選擇月壤中普遍存在的撞擊玻璃顆粒為切入點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)在嫦娥五號(hào)月壤中除前期報(bào)道的圓潤(rùn)玻璃珠外，還存在著兩端含有大粒徑納米鐵凸起的橢球或啞鈴狀玻璃珠。觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，在旋轉(zhuǎn)玻璃珠的體內(nèi)鑲嵌著大量趨向兩端分布的、尺寸在幾十納米量級(jí)的較大粒徑鐵顆粒。結(jié)合顯微分析表明，這些大粒徑納米鐵是在玻璃珠凝固前的高溫撞擊熔體中產(chǎn)生的，即高速隕石撞擊產(chǎn)生的高溫高壓條件在熔化礦物的同時(shí)將含鐵氧化物或硫化物等轉(zhuǎn)化為單質(zhì)鐵。這些單質(zhì)鐵在熔液中迅速成核長(zhǎng)大，形成大粒徑鐵顆粒，并在熔滴飛濺旋轉(zhuǎn)過(guò)程中受離心力作用向兩端遷移，最終伴隨著熔滴凝固形成玻璃珠而被“凍結(jié)”保存下來(lái)。這種玻璃熔滴飛濺旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致的匯聚作用，會(huì)誘發(fā)形成尺寸達(dá)幾百納米甚至微米量級(jí)的超大粒徑金屬鐵顆粒。
進(jìn)一步的觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，在玻璃珠的表面密集分布著尺寸在幾個(gè)納米量級(jí)的小粒徑納米鐵顆粒。然而，不同于阿波羅月壤顆粒邊緣報(bào)道的富含納米鐵顆粒的表面沉積非晶層，這里觀測(cè)到的濃密分布的小粒徑納米鐵分布在月壤顆粒沉積非晶層以下，集中在月壤顆粒自身表面百納米深度的輻照損傷層內(nèi)。精密表征發(fā)現(xiàn)，在太陽(yáng)風(fēng)離子的有效注入深度內(nèi)，輻照損傷導(dǎo)致的氣孔或囊泡缺陷與小粒徑納米鐵顆粒的析出存在明顯的伴生關(guān)系和共性的分布規(guī)律。同時(shí)，當(dāng)月壤顆粒的尺寸小于太陽(yáng)風(fēng)離子的穿透深度時(shí)，整個(gè)顆粒內(nèi)部充滿了密集的納米鐵顆粒。這說(shuō)明了表面分布的小粒徑納米鐵的太陽(yáng)風(fēng)輻照起源，表明了太陽(yáng)風(fēng)對(duì)月表光譜的改造作用遠(yuǎn)比先前認(rèn)為的更為重要。此外，對(duì)不同類型的嫦娥五號(hào)月壤礦物顆粒的檢測(cè)分析驗(yàn)證了上述研究的普遍性。
對(duì)嫦娥五號(hào)月壤太空風(fēng)化產(chǎn)物納米金屬鐵的綜合研究，突破了經(jīng)典觀念中由撞擊沉積或單一機(jī)制主控的納米鐵成因，強(qiáng)調(diào)了納米鐵顆粒的多重起源，并證實(shí)了大、小尺寸納米鐵的形成分別由撞擊和輻照作用主導(dǎo)，澄清了（微）隕石和太陽(yáng)風(fēng)在太空風(fēng)化及天體顏色變化中的關(guān)鍵作用。上述成果與近年來(lái)大量的遙感探測(cè)光譜數(shù)據(jù)相吻合，對(duì)于預(yù)判經(jīng)歷不同太空環(huán)境的天體或地區(qū)的光學(xué)性質(zhì)具有指導(dǎo)意義。
