在太阳系，太阳风、宇宙射线与太阳耀斑粒子无处不在。它们在没有空气、没有水、没有内禀磁场保护的月球表面交相辉映，在月壤中留下刻痕，参与月球表面改造。

几十年来，科学家们发现，在月壤矿物中存在一些“笔直”的纳米尺度线状缺陷，被称为“太阳耀斑径迹（Solar Flare Tracks）”。这些刻痕源于太阳高能粒子（尤其是太阳耀斑爆发期间的粒子）撞击矿物晶体后留下的痕迹。然而，由于受到地磁场和大气圈的保护，我们在地球上几乎观察不到这种现象。

这些独特的缺陷蕴含着太阳活动的历史、月球表面的暴露年代、甚至太阳风组成的演化线索。由于缺乏超精细表征和系统研究，它们的结构特征、形成机制及其对月壤的改造过程并不清楚。

为解开这些谜题，中国科学家团队基于嫦娥五号带回的月壤橄榄石样品，采用了包括能量滤波多片电子织构成像（MEP）、原位气体环境透射电镜加热实验、电子能量损失谱（EELS）等表征技术，开展了多尺度、三维原子级缺陷结构以及外场作用下结构转变的深入研究，于北京时间2025年6月5日在《ADVANCED FUNCTIONAL MATERIALS》发表了题为“Solar Flare Tracks: Unveiling Features and their Impact on Distinct Lunar Soil Transformations”的论文，本文第一作者为陈雨洁、方研、符晓倩，通讯作者为余倩（浙江大学）、李金华（中国科学院地质与地球物理所）、陈晓龙（中科院物理研究所）、谷林（清华大学），研究由浙江大学、清华大学、中国科学院物理所、中国科学院地质地球物理所等共同完成。

研究首次发现：

太阳耀斑径迹呈纳米管状结构，直径约5纳米，可深入到颗粒内部达微米量级，交织成网；

通过能量滤波多片电子织构成像获取深度方向上的原子结构，发现刻痕区域截面内发生了铁、氧、硅原子空位的形成与铁、硅原子的随机位移，打破了晶体对称性，并在高能粒子注入深度方向上这种原子结构的对称性破缺呈现随机性。如此变化，大大降低了结构演化的能垒，提高了物质转化的可能性；

输入上述获取的太阳耀斑径迹结构信息进行阻止功计算，可以得出这些径迹是由太阳风暴时放出的高能铁粒子等重离子注入诱导形成的，而非太阳风中常见的氢、氦等轻离子；

进一步结合透射电镜原位加热实验发现，在加热至600°C以上时，径迹区域会诱导生成纳米金属铁粒子（npFe⁰），并释放氧气，这为月球表面月壤中纳米铁和痕量氧的重型粒子轰击来源提供重要证据。

这意味着，这些原本被视作“物理结构缺陷”的太阳辐射刻痕，竟然还具备“化学反应中心”的角色。

这项研究首次从原子水平 “看清”和解密了太阳耀斑径迹-这种宇宙独特辐照损伤的结构，还发现了这种宇宙射线造成的独特材料结构缺陷（辐照损伤）在物质演化过程中的功能性。太阳高能粒子能够穿透矿物深层，制造结构缺陷，这种辐照缺陷在热场作用下愈合，同时诱导还原反应，带来氧气的释放。虽然氧气的释放是少量的，但仍然让我们认知到了宇宙辐射损伤在材料结构演化过程中的重要影响。这是我们从辐照损伤这一材料科学问题出发，研究月球物质功能性起源的一次有趣的尝试。

总结而言，太阳耀斑径迹不仅是月球空间风化的“指纹”，也可能是月壤物质演化的驱动因子。此项交叉学科的研究为我们认知月球以及宇宙中的辐照损伤提供了一种可行、可靠的前沿研究方案，研究成果为探索无气天体物质结构-性质-演化之间的联系提供了新的信息；月球正是我们研究许多材料、物理等问题时，不可复制的极端反应器。更重要的是，我们体会到在争夺前沿科学高地的进程中，绝不是一个学科在单打独斗，学科的交叉汇聚与合作将为我们打开新的天地。

研究团队来自浙江大学、清华大学、中国科学院物理所、中国科学院地质地球物理所等单位。浙江大学研究团队致力于材料缺陷及其对性能的影响等相关研究，清华大学和中国科学院物理研究所研究团队长期关注物质的功能性和功能性起源，而中国地质地球物理所的研究团队为缺陷研究带来了新的环境、场景和问题，将我们对辐照损伤这一重要材料、物理问题的探索带出了地球，走向了宇宙。