澳门科技大学月球与行星科学国家重点实验室张小平教授研究团队，联合中国科学院地球化学研究所和广东工业大学，通过对嫦娥五号月壤颗粒表面的微陨石撞击坑开展研究，发现了微陨石轰击成因的金红石（TiO2）、三方结构Ti2O相（Trigonal-Ti2O）和三斜结构Ti2O相（Triclinic-Ti2O）三种Ti纳米矿物（图1），其中三方Ti2O和三斜Ti2O两种物相是首次报导的天然产出新矿物，也是月球上发现的第七种和第八种新矿物。研究获得了微陨石撞击产生新矿物的证据，提出太空风化可以改变月壤光催化特性的新观点，扩展了对月球表面及其它无大气天体表面风化过程的认识。该项研究工作于年3月26日以“Unusual Ti minerals on the Moon produced by space weathering”为题在《Nature Astronomy》上刊载，论文第一作者为曾小家博士后，张小平教授为论文的共同通讯作者。
月球与行星科学国家重点实验室张小平教授
曾小家博士后
图1 月壤微陨石撞击坑中的Ti纳米矿物（左图为假彩色图，蓝色区域为撞击溅射物）
太空风化是改造月球表面物质的主要外部营力之一，包括微陨石轰击、太阳风离子注入、高能宇宙射线作用等。高速微陨石轰击月壤可通过熔融、破碎、气化、沉积、胶结等机制对月壤的物质组成、成分、光谱、物理性质等进行改造，鉴于月表物质组成多样、微陨石轰击过程复杂、月面环境特殊等因素的影响，关于月球表面含变价金属物相（Ti-Fe-Cr氧化物等）的微陨石轰击改造机制及其效应认识不清楚。通过揭示月壤中Ti纳米矿物的微陨石改造机制（图2），完善了对月球表面太空风化过程的认识，也为理解太阳系其他无大气天体（水星、小行星等）表面的空间风化过程提供线索。主要科学意义包括：（1）新发现：发现天然产出的三方Ti2O和三斜Ti2O两种纳米新矿物相，这是月球上发现的第七种和第八种新矿物。（2）新证据：获得月球表面微陨石轰击对Ti氧化物（钛铁矿等）改造过程及效应的矿物学证据，发现的Ti纳米矿物为之前未识别（或被忽略）的太空风化产物，完善了我们对月球表面太空风化作用过程的理解。（3）新观点：由于金红石（Ti2O）和TiO2是有效的天然光催化物质，提出了太空风化（微陨石撞击）可以改变月壤催化特性的新观点，也提出金红石（Ti2O）和TiO2的存在可能会影响太阳系无大气天体（碳质小行星等）表面的有机质保存。
图2 月壤中Ti纳米矿物的微陨石轰击成因过程示意图
澳科大月球与行星科学国家重点实验室开展了嫦娥五号月壤样品的分析研究，基于月壤颗粒，对月球表面的空间辐射环境、风化改造过程、月壤颗粒特性等开展了系统性的研究工作，推动了我国月球与行星科学的学科发展。同时，实验室研究人员也积极参与嫦娥工程的科学论证、资料分析、载荷研制等工作，为国家月球与深空探测提供强有力的科学支撑。
该项研究受到澳门科学技术发展基金资助（项目号：0014/2022/A1）。
论文连结：https://www.nature.com/articles/s41550-024-02229-4
