澳門科技大學月球與行星科學國家重點實驗室張小平教授研究團隊，聯合中國科學院地球化學研究所和廣東工業大學，通過對嫦娥五號月壤顆粒表面的微隕石撞擊坑開展研究，發現了微隕石轟擊成因的金紅石（TiO2）、三方結構Ti2O相（Trigonal-Ti2O）和三斜結構Ti2O相（Triclinic-Ti2O）三種Ti納米礦物（圖1），其中三方Ti2O和三斜Ti2O兩種物相是首次報導的天然產出新礦物，也是月球上發現的第七種和第八種新礦物。研究獲得了微隕石撞擊產生新礦物的證據，提出太空風化可以改變月壤光催化特性的新觀點，擴展了對月球表面及其它無大氣天體表面風化過程的認識。該項研究工作於年3月26日以“Unusual Ti minerals on the Moon produced by space weathering”為題在《Nature Astronomy》上刊載，論文第一作者為曾小家博士後，張小平教授為論文的共同通訊作者。
月球與行星科學國家重點實驗室張小平教授
曾小家博士後
圖1 月壤微隕石撞擊坑中的Ti納米礦物（左圖為假彩色圖，藍色區域為撞擊濺射物）
太空風化是改造月球表面物質的主要外部營力之一，包括微隕石轟擊、太陽風離子注入、高能宇宙射線作用等。高速微隕石轟擊月壤可通過熔融、破碎、氣化、沉積、膠結等機制對月壤的物質組成、成分、光譜、物理性質等進行改造，鑒於月表物質組成多樣、微隕石轟擊過程複雜、月面環境特殊等因素的影響，關於月球表面含變價金屬物相（Ti-Fe-Cr氧化物等）的微隕石轟擊改造機制及其效應認識不清楚。通過揭示月壤中Ti納米礦物的微隕石改造機制（圖2），完善了對月球表面太空風化過程的認識，也為理解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線索。主要科學意義包括：（1）新發現：發現天然產出的三方Ti2O和三斜Ti2O兩種納米新礦物相，這是月球上發現的第七種和第八種新礦物。（2）新證據：獲得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，發現的Ti納米礦物為之前未識別（或被忽略）的太空風化產物，完善了我們對月球表面太空風化作用過程的理解。（3）新觀點：由於金紅石（Ti2O）和TiO2是有效的天然光催化物質，提出了太空風化（微隕石撞擊）可以改變月壤催化特性的新觀點，也提出金紅石（Ti2O）和TiO2的存在可能會影響太陽系無大氣天體（碳質小行星等）表面的有機質保存。
圖2 月壤中Ti納米礦物的微隕石轟擊成因過程示意圖
澳科大月球與行星科學國家重點實驗室開展了嫦娥五號月壤樣品的分析研究，基於月壤顆粒，對月球表面的空間輻射環境、風化改造過程、月壤顆粒特性等開展了系統性的研究工作，推動了我國月球與行星科學的學科發展。同時，實驗室研究人員也積極參與嫦娥工程的科學論證、資料分析、載荷研製等工作，為國家月球與深空探測提供強有力的科學支撐。
該項研究受到澳門科學技術發展基金資助（項目號：0014/2022/A1）。
論文連結：https://www.nature.com/articles/s41550-024-02229-4
