文章來源：地球化學研究所

太空風化是月球及太陽系其他無大氣天體表面的改造過程之一。太空風化包括微隕石轟擊、太陽風離子注入、高能宇宙射線作用等。其中，月球表面的微隕石轟擊環(huán)境具有粒徑小、速度快、通量大等特點。高速微隕石轟擊月壤可通過高溫熔融、破碎、氣化、沉積、膠結等機制，改造月壤的物質(zhì)組成、成分、光譜、物理性質(zhì)等。由于月表物質(zhì)組成多樣、微隕石轟擊過程復雜、轟擊產(chǎn)物不穩(wěn)定等因素的耦合影響，月球表面微隕石轟擊的改造機制及效應，如月壤中過度金屬鈦（Ti）元素受到微隕石轟擊引起的物相、價態(tài)、同位素組成、月壤特性等變化機理的認識尚不完善，甚至存在爭議。

中國科學院地球化學研究所聯(lián)合澳門科技大學和廣東工業(yè)大學，對嫦娥五號月壤顆粒開展研究，在月壤玻璃珠表面微隕石撞擊坑中發(fā)現(xiàn)一系列含Ti的蒸發(fā)沉積顆粒。TEM分析結果顯示，這些含Ti顆粒為金紅石（TiO2）、三方結構Ti2O和三斜結構Ti2O。其中，三方Ti2O和三斜Ti2O未在天然地質(zhì)樣品中被發(fā)現(xiàn)。而在材料學領域，Ti2O是可在實驗室內(nèi)制備的光催化薄膜材料。該研究揭示了月壤中這些Ti納米礦物的成因過程，即高速微隕石轟擊月表鈦鐵礦顆粒，形成Fe、Ti、O等的復雜離子環(huán)境，進而Ti4+和Ti1+與O2-結合形成納米級的金紅石、三方Ti2O和三斜Ti2O。

上述成果完善了科學家對于月球表面太空風化過程的認識，并為探討太陽系其他無大氣天體（水星、小行星等）表面的空間風化過程提供了線索。該研究發(fā)現(xiàn)了天然產(chǎn)出的三方Ti2O和三斜Ti2O兩種納米新礦物相。這是月球樣品中發(fā)現(xiàn)的第七種、第八種月球新礦物。研究獲得了月球表面微隕石轟擊對Ti氧化物（鈦鐵礦等）改造過程及效應的礦物學證據(jù)，發(fā)現(xiàn)了Ti納米礦物為之前未識別（或被忽略）的太空風化產(chǎn)物，這完善了科學家對月球表面太空風化作用過程的認知。由于金紅石（Ti2O）和TiO2是有效的天然光催化物質(zhì)，因此該研究提出了太空風化（微隕石撞擊）可以改變月壤光催化特性的新觀點，以及具有光催化特性的金紅石（Ti2O）和TiO2或影響太陽系無大氣天體（碳質(zhì)小行星等）表面有機質(zhì)保存。

近期，相關研究成果發(fā)表在《自然-天文學》（Nature Astronomy）上。這是月球地質(zhì)、月表空間環(huán)境、TEM分析技術開展交叉研究的成果。研究工作得到國家重點研發(fā)計劃、中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項和國家自然科學基金項目等的支持。

論文鏈接

月壤微隕石撞擊坑中的Ti納米礦物（左圖為假彩色圖，藍色區(qū)域為撞擊濺射物）

月壤中Ti納米礦物的微隕石轟擊成因過程示意圖

月球返回樣品中相繼發(fā)現(xiàn)的新礦物相（研究報道的第七種、第八種月球新礦物）