月球上發現兩種新礦物

一顆含有寬僅9 µm撞擊坑的玻璃珠， 是超凡脫俗的氧化鈦化合物的源頭。

       2020年12月16日，中國嫦娥五號返回地球，攜帶了自1976年來第一個從月球帶回的樣本。在這個約1.7公斤的樣本裡，研究人員發現到一顆玻璃珠，上面有一個寬度約9 µm的凹坑，是由一塊稱為”微隕石”(micrometeorite)的高速太空塵埃所撞擊而成。他們在這微小坑洞的邊緣發現兩種鈦礦物――三方(trigonal)與三斜方(triclinic)氧化鈦――之前沒在月球上發現過，並在地球上不會自然產生。這些礦物是迄今在月球上發現的第七種及八種新礦物，如Xiaojia Zeng、Yanxue Wu與團隊在《自然天文學》最近的一篇論文中所描述。

圖1、月球表面的全景圖，由中國嫦娥5號於2020年登陸月球時所拍攝。(圖片來自中國國家太空總署)

       在地球上方，隕石劃過大氣層所產生的摩擦力將它們減速，並可能使它們燃燒，這取決於它們進入的尺寸大小與速度；然而，在月球及其它無大氣層星體的上方，太空碎片與岩石表面之間並沒有大氣層的緩衝，因此月球不僅遭受到大型隕石和小行星的轟炸，形成它具代表性的坑疤表面，也受到細微塵埃大小的隕石撞擊。它們的速度高達20 km/s，大約是一架F-16噴射機的30倍，這些微隕石的撞擊對於月球表面的風化現象非常重要。

       根據 Zeng、Wu與團隊，這個有坑的玻璃珠富含鐵，很可能形成於月海(廣大、黑暗的玄武岩平原，充滿古老的撞擊盆地)中一次較大的隕石撞擊。利用掃描電子顯微鏡，研究團隊在珠子的表面辨識出礦物鈦鐵礦、硫鐵礦與磷鐵礦。鈦鐵礦在月海區域很常見，是一種鈦鐵氧化物礦物，也是形成這兩種新礦物的可能鈦來源，為了闡明化學反應與物理反應在微隕石撞擊期間的作用，研究人員將重點放在珠子表面上的撞擊坑。

       Zeng、Wu與團隊利用穿透式電子顯微鏡觀察沉積在坑洞邊緣的微小氧化鈦(100-300 nm)，並觀察其晶格結構來定義它們的礦物相。研究人員相信，這些礦物形成於撞擊期間鈦鐵礦的蒸發，撞擊過程將鈦鐵礦的組成元素撕開，接著鈦與氧電漿快速重合，並沉積在玻璃珠的表面。這種礦物已有在實驗室裡利用脈衝雷射沉積(一種類似的過程)人工製造出來。

圖2、來自月球表面的玻璃珠(a圖)包含一個微隕石坑(b圖)，由微米尺度太空碎片的高速撞擊產生，這個撞擊生成的鈦礦不在地球上自然出現。(改變自X. Zeng et al., Nat. Astron., 2024, doi:10.1038/s41550-024-02229-4.)

       Zeng表示，有兩個理由可以解釋為什麼我們在地球上不會看到這些礦物自然出現：高速微隕石的缺乏，還有大氣層中水和氧的存在，這些也許會讓撞擊後導致礦物沉積的反應發生改變。鑒於月球表面上有豐富的鈦鐵礦還有許多微隕石撞擊，研究人員預期這些太空風化的產物應該會存在整個月海區域，但由於沉積物太小了，只有幾百奈米，有可能它們在過往從月球採集的樣本中被忽視。(X. Zeng et al., Nat. Astron., 2024, doi:10.1038/s41550-024-02229-4.)

本文感謝Physics Today (American Institute of Physics) 同意物理雙月刊進行中文翻譯並授權刊登。原文刊登並收錄於Physics Today, Jun. 2024雜誌內 (Physics Today 77 (6), 18 (2024);https://doi.org/10.1063/pt.urlo.vsfr)。原文作者：Laura Fattaruso。中文編譯：林祉均，國立清華大學物理所研究生。

Physics Bimonthly (The Physics Society of Taiwan) appreciates Physics Today (American Institute of Physics) authorizing Physics Bimonthly to translate and reprint in Mandarin. The article is contributed by Laura Fattaruso and was published in (Physics Today 77 (6), 18 (2024);https://doi.org/10.1063/pt.urlo.vsfr).The article in Mandarin is translated and edited by J.R Lin（National Tsing Hua University）.