在過去的四十幾億年裡，小行星撞擊產生的粉碎、熔融、粘合和混合等物理過程在很大程度上改變了月球表面。在太空風化的共同作用下，月球表面形成一層廣泛分布、厚約2~15m的月壤。理解月壤的形成機制具有重要意義：月壤剖面記錄太陽風和宇宙射線的輻射歷史，以及小行星對月面的撞擊歷史；同時，無論是環繞探測、軟著陸巡視探測，還是採樣返回，所獲得的數據和樣品幾乎全部來自月球表面特別是月壤層。但月球軌道器和月球車的遙感觀測等，基本均未能提供與月壤形成相關的直接證據。
2019年1月3日，我國「嫦娥四號」探測器在月球背面的馮·卡門撞擊坑成功著陸。「玉兔二號」月球車利用搭載的全景相機、探月雷達、導航相機、避障相機和可見-近紅外成像光譜儀對著陸區進行探測，發現月球表面有許多小隕石坑，多數被細粒月壤覆蓋，石塊很少。在任務的前12個月晝裡，月球車在行駛路徑上觀測到45個以上隨機分布的小坑，它們直徑達幾米，覆蓋有大量碎塊（圖1）。正常的隕石坑基本沒有石塊分布，但這些「碎塊」坑與普通隕石坑明顯不同，科學家指揮月球車對其中一個坑進行詳細探測（圖2）。通過對探測數據研究，中國科學院地質與地球物理研究所地球與行星物理院重點實驗室博士後林紅磊和研究員林楊挺等，獲得關於月球表面過程的重要信息，對月壤的形成過程有了新認識。
根據避障相機數據生成的高程數字模型，其中一個「碎塊」坑的直徑約為2m，深約30cm，坑底部有中央凹陷（圖2）。探測數據表明，坑中的大部分碎塊小於5cm，坑內碎塊與坑外月壤的光譜特徵接近，但與新鮮石塊不同（圖3）。坑內月壤與碎塊也有相似的光譜形狀，表明它們具有類似的組成。在坑的中心，有一簇高反照率且呈現藍綠色調（圖3）的碎塊，可能是玻璃碎片。玻璃碎片與同一坑內的月壤、普通碎塊以及月表石塊光譜明顯不同（圖3c）。玻璃碎片具有不尋常的高反照率，並在～600nm顯示出明顯的反射峰，與撞擊熔融或火山作用產生的玻璃光譜特徵一致。根據阿波羅樣品分析，只有當玻璃含量大於60%時，才能在玻璃/晶體混合物的光譜中觀察到明顯的玻璃特徵。通過與阿波羅號樣品比較（圖3），可認為「玉兔二號」觀測到的高反照率碎片是相當純淨的玻璃。與不同鐵鈦含量的玻璃對比，發現含9.0% FeO和1.0% TiO2的玻璃與月球車觀測到的玻璃光譜反射峰位置最為接近，這與著陸區的低鐵鈦特徵一致（～12.6% FeO，～1.4% TiO2）。
經過研究認為，「碎塊」坑可能是被膠結的月壤團塊砸出的小坑，而非隕石撞擊坑。具體過程為：小行星高速撞擊在厚層月壤上，將月表的巖塊砸碎同時也可將月壤壓實，並通過部分熔融將其膠結起來，形成月壤層內小隕石坑的壁和底；小隕石坑的壁和底是玻璃膠結的月壤團塊，隨後團塊被另一次小行星撞擊並拋射出來，掉落到現在所處的位置，最後碎裂成「碎塊」坑。這一過程，與阿波羅的月壤角礫巖、衝擊熔融月壤角礫巖隕石的巖礦特徵一致。月壤就是在這種反覆撞擊砸細又重新膠結成巖的過程中演化成熟。
研究成果發表在GRL上。研究工作受到國家自然科學基金項目、地質地球所重點部署項目等的資助，以及中科院上海技術物理研究所、北京航天飛行控制中心、北京控制工程研究所和中科院國家空間科學中心等的幫助。