鮮為人知的是,月球表面廣泛分布著「玻璃」,這裡指的並非日常生活中的玻璃製品,而是數十億年前劇烈火山爆發形成、細如塵埃的玻璃珠。1970年代,阿波羅太空人將月球樣本帶回地球,揭開了一段引人入勝的科學故事。與擁有板塊運動的地球不同,月球地殼在漫長歲月中幾乎未曾改變;古老的火山、熔岩平原及火山碎屑岩至今仍清晰可見,如同被時間凝固的炙熱歷史見證。

這些遠古火山正是玻璃珠的源頭。在月球的極端環境下,約數十億年前噴發的岩漿,在短短數分鐘的飛行過程中迅速冷卻,同時流失水分以及硫、氯、氟等揮發性氣體。過去科學界普遍認為,玻璃珠在落地前已失去所有氣體,成為惰性物質落在月球表面,從此不再改變。

一個會「呼吸」的新發現

然而,中大與美國加州大學洛杉磯分校(UCLA)共同領導的最新研究提出了不同的觀點。研究指出,玻璃珠在飛行過程中僅釋放少量氣體;它們落在月表後,被埋藏在新的噴發物之下,免受外太空的極端低溫影響。在這層天然屏障下,玻璃珠並非瞬間冷卻,而是緩慢降溫,使其能在更長時間內持續釋放氣體。

研究團隊分析了阿波羅17號於1972年帶回的74220號樣本,這些玻璃珠距今約36.4億年。透過先進的分析技術,團隊成功重構了玻璃珠從月球深部形成、經火山噴發,到最終在月表冷卻的完整歷程。中大地球與環境科學系詹彥教授表示:「我們首先從74220號樣本中的三類標本取得揮發性物質的數據,然後建立一個改進的擴散模型,採用更貼近直實的冷卻曲線,而非假設恆定溫度,並以單一的冷卻歷史同時解釋四種氣體的行為。」

研究顯示,單靠飛行過程中的冷卻無法解釋觀察到的氣體流失情況。團隊建立的熱模型指出,被埋藏在隔熱火山灰下的玻璃珠可在數年間維持溫暖。綜合所有證據後,研究提出三個階段的氣體釋放歷程:由月球內部上升、在真空中短暫飛行,以及著陸後緩慢而持久的冷卻。

窺探月球內部的窗口

這些發現不僅修正了玻璃珠脱氣的時間線,更為理解月球內部組成開啟了一個窗口。由於玻璃珠源自月球深處,它們能提供內部物質的重要資訊,前提是科學家能準確判定這些物質在冷卻過程中何時釋放,而是次研究正提供了關鍵的理論框架。

UCLA地球、行星與太空科學系倪鵬教授指出:「玻璃珠在降落時仍保留大部分氣體。飛行階段僅約數百秒,並不足以讓內部揮發物大量逸出。如今實驗室中觀察到的顯著氣體流失,其中水分達98%至99.9%、氯約70%至90%、氟約40%至70%。這些都是玻璃珠埋在隔熱的火山灰下約三年期間,緩慢釋放的結果。」

月球火山玻璃珠的演化階段:首先富含揮發成分的岩漿在地底上升;其後於月表發生火山爆發,形成橙色火山玻璃液滴,並在真空中經歷短暫自由飛行;最後,液滴回落並堆積成火山碎屑沉積層,在月表緩慢冷卻,並持續脫氣多年。

事實上,埋藏於約30厘米深月壤中的玻璃珠,需要超過十年才能降溫至月球環境溫度。倪教授指,月壤在真空環境中「具有極佳的隔熱效果,因為其孔隙中沒有空氣或水分來帶走熱量」。

重新思考「死寂」的月球

「我們的結果顯示,月球的揮發物循環比過往認知更為活躍且持續時間更長。事實證明,即使是像月球這樣一個『死寂』的世界,在其歷史中也可能曾長時間在緩慢地『呼吸』。」

研究團隊的發現亦有助加強人類對月球水形成與保存機制的理解。

詹教授表示:「關於極地冰層的主要來源,傳統觀點強調『外來來源』,如彗星撞擊、小行星帶來的物質,以及太陽風作用,這些是極地冰層的主要來源。我們的研究則補充了一個『內生來源』,月球自身的火山沉積物,在每次噴發後持續數年緩慢釋放氣體,不斷將揮發物補充到稀薄的月球外逸層。」

詹教授續指:「當這些氣體逸散至沉積物上方的太空後,單個分子會以長距離、隨機跳躍的方式在月球表面移動。大多數最終流失至太空,但仍有一小部分會落入極地隕石坑深處的永久陰影區。在那裡,極低溫使水、硫化物及氯化物在接觸瞬間凍結,並被長期保存。經過數十億年與多次火山活動,即使只是緩慢釋放的火山氣體,也可能逐步累積,對今日極地冰層的形成產生重要影響。」

重新認識月球

這項研究重新改寫了科學界對月球的理解。月球不再只是靜止、死寂的星球,而更像是一個擁有悠長、持續內在節奏的世界;遠古火山影響深遠,在熔岩冷卻之後仍持續塑造月球環境。

曾被忽視的微小玻璃珠,如今成為窺探這段隱藏歷史的重要線索。

而隨著科學家不斷解開其奧秘,這顆看似沉默的月球正告訴我們:它從未真正沉寂。