嫦娥五號月壤樣品中發(fā)現(xiàn)天然玻璃纖維，“月球基建”未來可期？

玻璃在地球上，是一種非常常見的物質(zhì)。從窗戶玻璃，到高分子塑料；從佩戴的眼鏡、到實驗室常用的顯微鏡和放大鏡；從通信光纖，到手機(jī)面板玻璃等等，玻璃的應(yīng)用非常廣泛。 但你知道嗎？月球上也有很多玻璃。

2020年12月我國嫦娥五號月球探測器從月球上帶回來1.7千克月壤，發(fā)現(xiàn)里面的玻璃大約占了月壤礦物的16%（1/6），尤其是最近中科院物理所研究團(tuán)隊在月壤中發(fā)現(xiàn)了天然玻璃纖維，這些發(fā)現(xiàn)對未來的月球基地建設(shè)以及研究月球演化歷史具有重要意義。

你一定很好奇，月球上的玻璃和地球上的玻璃，是一種玻璃嗎？準(zhǔn)確地說，不完全一樣，月球上的玻璃種類更加豐富。而它的形成，主要有3種成因：

第一種是火山噴出的熔體或氣體，冷卻變成玻璃；

第二種是隕石撞擊時由于劇烈升溫產(chǎn)生的熔體和氣體，冷卻變成玻璃；

第三種是由于太陽風(fēng)的長期輻照，也可以使礦物顆粒表面變成玻璃。

熔體凝固得到的月球玻璃可以具有比較大的尺寸；而高溫蒸氣冷凝或太陽風(fēng)輻照形成的玻璃一般都是薄膜，所以很多月壤礦物表面覆蓋了一層玻璃盔甲。

1.那中國在月壤中發(fā)現(xiàn)天然玻璃纖維，意味著什么呢？

我們知道，玻璃纖維因為特殊的力學(xué)和光學(xué)特性，在很多領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價值，比如增強(qiáng)建筑物強(qiáng)度、通信光纖等等。然而并不是所有的玻璃都可以做成纖維，只有滿足特定的黏度和表面張力條件，玻璃熔體才可以做成纖維。在月球上發(fā)現(xiàn)天然玻璃纖維，至少說明月壤礦物是適合制備玻璃纖維的，這為將來月球基地建設(shè)提供了重要物質(zhì)基礎(chǔ)。

2.將來人類可以在很多領(lǐng)域利用月球玻璃。

比如，建筑承重材料：一方面玻璃強(qiáng)度比較高，斷裂強(qiáng)度可以達(dá)到鋼材的2-3倍；另一方面，它成型能力也很好，幾乎可以做成任何形狀；而且它的固體-液體轉(zhuǎn)變溫度較低，可以使用匯聚太陽光熔化月壤，基于3維打印方法，建造月球玻璃建筑。不管是玻璃球，還是玻璃纖維都可以起到增加建筑物強(qiáng)度的效果，尤其是月球玻璃纖維在復(fù)合材料中已經(jīng)有比較成熟的應(yīng)用了。如果打印一個全玻璃大廈，還可以起到溫室效應(yīng)的保暖效果，也可以抵抗太陽風(fēng)輻照。

玻璃還可以做光學(xué)材料：比如制備光纖，為未來月球基地間的通信提供基礎(chǔ)。

除了這些直接的用途，它還有一些意想不到的價值。由于玻璃具有非常高的穩(wěn)定性，可以保存很久之前的一些揮發(fā)性物質(zhì)，就像琥珀玻璃可以將生物標(biāo)本保存幾百萬年。

月壤玻璃中封存了很多寶藏——比如我們中科院寧波材料所團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)在鈦鐵礦表層玻璃中儲存了大量以氣泡形式存在的氦三資源，氦三是目前很多前沿研究所必需的關(guān)鍵制冷劑，氦三也是一種重要的核聚變能源材料，能效比很高，而且沒有中子輻射。

月壤玻璃還可以作為計時的時鐘，估算地質(zhì)年代。最近中科院物理所和松山湖材料實驗室聯(lián)合團(tuán)隊，發(fā)現(xiàn)月球玻璃的彈性模量比常規(guī)玻璃的大了70%多，這個數(shù)據(jù)可以用來估算地質(zhì)年代。

此外，月壤玻璃中也含有很多氫和水，可以為未來月球基地提供能源和水。

所以，我們期待月球玻璃研究，能有越來越多的成果和發(fā)現(xiàn)，為未來月球基地建設(shè)添磚加瓦，推動月球戰(zhàn)略資源的開采和使用。謝謝大家！

本文為科普中國·星空計劃扶持作品
作者：王軍強(qiáng)中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所研究員

審核：左維 中國科學(xué)院國家天文臺研究員

出品：中國科協(xié)科普部
監(jiān)制：中國科學(xué)技術(shù)出版社有限公司、北京中科星河文化傳媒有限公司