嫦娥五号月壤样品中发现天然玻璃纤维，“月球基建”未来可期？

玻璃在地球上，是一种非常常见的物质。从窗户玻璃，到高分子塑料；从佩戴的眼镜、到实验室常用的显微镜和放大镜；从通信光纤，到手机面板玻璃等等，玻璃的应用非常广泛。 但你知道吗？月球上也有很多玻璃。

2020年12月我国嫦娥五号月球探测器从月球上带回来1.7千克月壤，发现里面的玻璃大约占了月壤矿物的16%（1/6），尤其是最近中科院物理所研究团队在月壤中发现了天然玻璃纤维，这些发现对未来的月球基地建设以及研究月球演化历史具有重要意义。

你一定很好奇，月球上的玻璃和地球上的玻璃，是一种玻璃吗？准确地说，不完全一样，月球上的玻璃种类更加丰富。而它的形成，主要有3种成因：

第一种是火山喷出的熔体或气体，冷却变成玻璃；

第二种是陨石撞击时由于剧烈升温产生的熔体和气体，冷却变成玻璃；

第三种是由于太阳风的长期辐照，也可以使矿物颗粒表面变成玻璃。

熔体凝固得到的月球玻璃可以具有比较大的尺寸；而高温蒸气冷凝或太阳风辐照形成的玻璃一般都是薄膜，所以很多月壤矿物表面覆盖了一层玻璃盔甲。

1.那中国在月壤中发现天然玻璃纤维，意味着什么呢？

我们知道，玻璃纤维因为特殊的力学和光学特性，在很多领域具有重要的应用价值，比如增强建筑物强度、通信光纤等等。然而并不是所有的玻璃都可以做成纤维，只有满足特定的黏度和表面张力条件，玻璃熔体才可以做成纤维。在月球上发现天然玻璃纤维，至少说明月壤矿物是适合制备玻璃纤维的，这为将来月球基地建设提供了重要物质基础。

2.将来人类可以在很多领域利用月球玻璃。

比如，建筑承重材料：一方面玻璃强度比较高，断裂强度可以达到钢材的2-3倍；另一方面，它成型能力也很好，几乎可以做成任何形状；而且它的固体-液体转变温度较低，可以使用汇聚太阳光熔化月壤，基于3维打印方法，建造月球玻璃建筑。不管是玻璃球，还是玻璃纤维都可以起到增加建筑物强度的效果，尤其是月球玻璃纤维在复合材料中已经有比较成熟的应用了。如果打印一个全玻璃大厦，还可以起到温室效应的保暖效果，也可以抵抗太阳风辐照。

玻璃还可以做光学材料：比如制备光纤，为未来月球基地间的通信提供基础。

除了这些直接的用途，它还有一些意想不到的价值。由于玻璃具有非常高的稳定性，可以保存很久之前的一些挥发性物质，就像琥珀玻璃可以将生物标本保存几百万年。

月壤玻璃中封存了很多宝藏——比如我们中科院宁波材料所团队发现在钛铁矿表层玻璃中储存了大量以气泡形式存在的氦三资源，氦三是目前很多前沿研究所必需的关键制冷剂，氦三也是一种重要的核聚变能源材料，能效比很高，而且没有中子辐射。

月壤玻璃还可以作为计时的时钟，估算地质年代。最近中科院物理所和松山湖材料实验室联合团队，发现月球玻璃的弹性模量比常规玻璃的大了70%多，这个数据可以用来估算地质年代。

此外，月壤玻璃中也含有很多氢和水，可以为未来月球基地提供能源和水。

所以，我们期待月球玻璃研究，能有越来越多的成果和发现，为未来月球基地建设添砖加瓦，推动月球战略资源的开采和使用。谢谢大家！

本文为科普中国·星空计划扶持作品
作者：王军强中国科学院宁波材料技术与工程研究所研究员

审核：左维 中国科学院国家天文台研究员

出品：中国科协科普部
监制：中国科学技术出版社有限公司、北京中科星河文化传媒有限公司