太阳风是太阳系内部传递挥发分的重要枢纽。月壤因长期暴露在太阳风中，成为保存挥发分的理想材料。然而，太阳风在注入月球表面（时）后可能会经历扩散、溅射、磨蚀等复杂过程。稀有气体（氦、氖和氩等）因其独特的化学惰性可能能作为这些复杂过程与太阳风相互作用的稳定示踪物。以往基于阿波罗样品的研究发现，月壤中的稀有气体丰度与现今太阳风的初始组成存在系统偏差。这种偏差究竟代表了太阳本身的变化，亦或是太阳风植入月表之后的二次改造？早期的热扩散实验与理论模型对部分过程进行了解释，但驱动这些分馏现象的核心机制仍不清楚。这些未知的分馏过程可能是了解太阳风与月表相互作用以及月表挥发分传输机制的关键。

　　长石是月球上最丰富的矿物，因此研究其记录的太阳风分馏机理将代表了月表大多数区域的太阳风来源挥发分的分馏过程。同时，相较于橄榄石、辉石等矿物，它的稀有气体同位素和元素分馏对扩散作用高度敏感，可能是记录月球表面过程的“灵敏探测器”。嫦娥五号着陆点的表面温度比阿波罗着陆点低约20K，推测这种相对较低温的环境可能减少了长石中稀有气体的扩散效应，使其有更好的保存。

　　在这一背景下，中国科学院地质与地球物理研究所博士后张徐航，在导师贺怀宇研究员的指导下，与稀有气体实验室、嫦娥七号挥发分载荷团队成员、法国国家科学研究中心成员等多个团队对36粒从嫦娥五号月壤中挑选并筛选出的高纯度斜长石单颗粒的稀有气体展开了综合研究，为厘清这些问题提供了新的契机。

　　结果显示，嫦娥五号样品中保存的太阳风信号较为“原始”，记录了相对完整的太阳风注入和二次过程改造的综合效应。与阿波罗样品相比，嫦娥五号斜长石的He/Ne/Ar比值存在更广泛且具有规律性的差异。但即使嫦娥五号长石的记录相对“原始”，其记录的太阳风值与太阳风初始值仍存在差异（图1）。通过对稀有气体同位素比值结合宇宙暴露年龄的分析，发现这一分馏发生在注入的瞬间，而非后期改造阶段，是造成元素比偏离太阳风初始值的主要机制。进一步的模拟（扩散、溅射以及背散射效应）评估表明，这种分馏由太阳风注入过程中的动力学驱动的质量依赖分馏所致。

图1 嫦娥五号长石与阿波罗长石⁴He/³⁶Ar与²⁰Ne/³⁶Ar比值结果对比

　　通过结合嫦娥五号与阿波罗斜长石样品的结果，研究团队提出了一个三阶段模型：太阳风与宇宙射线辐照注入、局部热驱动扩散及再辐照（图2；以上三个阶段可能多次发生）。这一模型能系统地解释月壤中轻稀有气体的丰度变化与同位素特征。研究指出太阳风注入与气体逃逸并非独立过程。部分轻元素（如He、Ne、H、OH等）在注入瞬间可能会因矿物表面的晶格损伤而发生瞬时扩散释放到月球外逸层，提供稳定的、具有太阳风组成的气体来源。微陨石撞击及昼夜温差造成的短时高温也进一步促进了气体的释放（扩散）过程，使不同颗粒间稀有气体的丰度出现更显著的差异。这些机制为月球外逸层中持续存在的太阳风来源气体提供了新的解释。并且，太阳风注入时和注入后的扩散损失与太阳风的再辐照过程共同构成了将太阳风来源的挥发分从月球低温光照区输送至月球极区冷阱的有效途径。极区冷阱的挥发分极有可能存在太阳风来源的组分。研究同时强调，在利用月球样品重建太阳风组成时，必须考虑这些过程引起的系统性偏移。只有在校正相关分馏效应后，才能准确利用月球及其他地外样品评估过去太阳风的初始组成与太阳的演化趋势。

图2 轻稀有气体（He、Ne、Ar）的同位素与元素演化过程。三个阶段：在阶段I，斜长石颗粒最初受到太阳风和宇宙射线的共同照射。太阳风粒子注入矿物表面的瞬间，就已经发生了同位素和元素比例的分馏，而宇宙射线产生的气体几乎未受影响（此时T₂₁/T₃₈≈1）。在阶段II，月球表面的温度波动或微陨石撞击可能引发热扰动，使部分气体发生扩散并逃逸。这一过程对太阳风起源的气体和宇宙成因气体都有不同程度的影响，导致稀有气体丰度进一步改变。在阶段III，气体重新被辐照的情况取决于颗粒的埋藏深度。暴露在月壤表面的颗粒（主要对应嫦娥五号样品）重新获取了太阳风和宇宙射线成分；而埋藏较深、受到太阳风屏蔽的颗粒（主要对应阿波罗样品）则仅积累了宇宙射线产生的气体

　　以上这些结果说明太阳风在塑造月球外逸层和极区物质分布中发挥着关键作用，直到现在，仍然广泛影响着行星表面挥发分的运移和分布。该研究既为理解太阳风与无大气天体表面的相互作用提供了新的机理框架，也为重建太阳演化历史、约束行星挥发物起源及太阳星云组成提供了重要依据。

　　研究成果发表于国际学术期刊EPSL（张徐航，苏菲， Guillaume Avice, David V. Bekaert, Tomoya Obase, Yuta Otsuki, Finlay M. Stuart, 张英男, 聂家岩, 李晓光, 周润青, 刘子恒, 李又娟, 李健楠, Thomas Smith, 贺怀宇^*. He, Ne, and Ar Isotope Systematics in Chang’e-5 Plagioclase Reveal Diffusive Loss and Reirradiation Processes [J]. Earth and Planetary Science Letters, 2025. DOI: 10.1016/j.epsl.2025.119666.）。特别感谢马红霞老师在样品转移方面的协助，赵雅茹老师在微量天平使用中的支持，以及武汉大学汪斯乔在CT数据处理中的贡献。研究得到了以下项目的资助：国家自然科学基金项目（42241105，42241104，42203036），中国科学院前沿科学与基础研究局项目（QYJ-2025-03），中国科学院战略先导项目（XDB41010205），中国科学院地质与地球物理研究所重点科研项目（IGGCAS-202101，IGGCAS-202401，IGGCAS-202203），中国科学院重点部署项目（ZDBS-SSW-JSC007-7）联合资助。

张徐航（博士后）