月球上有水嗎？嫦娥五號(hào)“出野外”再添“實(shí)錘”

月球上有水嗎？1噸月壤中含有多少水？

來(lái)自嫦娥五號(hào)探測(cè)數(shù)據(jù)的最新研究顯示，1噸月壤中大概約有120克“水”。相關(guān)研究成果1月8日在線(xiàn)發(fā)表于《科學(xué)-進(jìn)展》。

嫦娥五號(hào)采樣區(qū)背景圖和水含量。研究團(tuán)隊(duì)供圖

基于嫦娥五號(hào)攜帶的“月球礦物光譜儀”探測(cè)的數(shù)據(jù)，中科院地質(zhì)與地球物理研究所等單位的研究人員首次獲得了月表原位條件下的水含量。

需要解釋的是，科學(xué)家研究的“水”并不是我們喝的“水”?！肮庾V儀所探測(cè)到的‘水’指礦物里的水分子或者羥基，在一定條件下才能轉(zhuǎn)化為我們喝的水?！痹撜撐囊蛔?、中科院地質(zhì)地球所副研究員林紅磊稱(chēng)。

半個(gè)世紀(jì)的爭(zhēng)論

月球上到底有沒(méi)有水？這個(gè)問(wèn)題不僅大眾好奇，科學(xué)家也想知道答案。

早在1952年，美國(guó)化學(xué)家哈羅德·尤里大膽猜測(cè)月球上太陽(yáng)永遠(yuǎn)無(wú)法照射到的洼地中可能存在像水一樣的揮發(fā)性物質(zhì)。

1969至1972年，美國(guó)阿波羅任務(wù)從月球采集了大量的樣品并返回地球，終于讓人們有機(jī)會(huì)直接測(cè)量月球上是否有水，但遺憾的是，月壤很干，宇航員留在月球表面探測(cè)大氣的儀器也無(wú)法探測(cè)到水。這似乎讓“月亮是干的”成為了一個(gè)事實(shí)。

然而，即使蘇聯(lián)科學(xué)家在1978年從“月球24號(hào)”任務(wù)采集的樣品中測(cè)量到了微量水，但這一結(jié)果并沒(méi)有被重視。

直到1994年“克萊門(mén)汀”任務(wù)實(shí)施前，對(duì)月球水的研究一直處在停滯階段。

2009年，有了不一樣的發(fā)現(xiàn)。印度“月船一號(hào)”搭載的月球礦物繪圖光譜儀發(fā)現(xiàn)在月球上水隨處可見(jiàn)，水含量隨緯度的增加而增加。

“這一探測(cè)結(jié)果使科學(xué)家極為興奮，這也許是很多人第一次意識(shí)到月球上有水?！绷旨t磊說(shuō)，這里的“水”是指水分子或者羥基。

此后，前往土星探測(cè)器“卡西尼號(hào)”、前往彗星的探測(cè)器“深度撞擊號(hào)（Deep Impact）”、“月球觀測(cè)和傳感衛(wèi)星(LCROSS)”等都用光譜儀的探測(cè)“實(shí)錘”月球上確實(shí)存在水。

總之，經(jīng)過(guò)半個(gè)多世紀(jì)的爭(zhēng)論和探測(cè)，各種“實(shí)錘”證據(jù)讓人們相信了月球上是有水存在的，但仍然沒(méi)有在月表原位進(jìn)行過(guò)水的探測(cè)！

嫦娥五號(hào)探測(cè)器攜帶了月球礦物光譜分析儀，在采樣過(guò)程中獲取了月表的光譜。林紅磊說(shuō)，這些數(shù)據(jù)讓我們第一次有機(jī)會(huì)在月表近距離、高分辨地探測(cè)水的信號(hào)。

和普遍意義上的液態(tài)水不同，光譜儀在月面探測(cè)到的“水”都藏在巖石中，水分子代表稍微加熱就可以跑出來(lái)的“結(jié)合水”，羥基則代表需要較高溫度才能析出的“結(jié)構(gòu)水”。

月壤中的水

絕大部分是太陽(yáng)風(fēng)的貢獻(xiàn)

嫦娥五號(hào)光譜儀對(duì)采樣區(qū)約2米見(jiàn)方的區(qū)域進(jìn)行了光譜觀測(cè)，觀測(cè)對(duì)象除了月壤之外還有一塊沒(méi)有帶回來(lái)的巖石。

數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明，嫦娥五號(hào)采樣區(qū)的水含量在120 ppm以下，而巖石中的水含量約為180 ppm?！跋喈?dāng)于1噸月壤中大約有120克水，1噸巖石中大約有180克水?！绷旨t磊解釋道。

那么，這些水又是從哪里來(lái)的呢？

結(jié)合樣品分析，月壤中的水絕大部分是太陽(yáng)風(fēng)的貢獻(xiàn)。

論文通訊作者之一、地質(zhì)地球所研究員林楊挺說(shuō)，太陽(yáng)風(fēng)里有很多氫，轟到月面與月壤里的氧結(jié)合形成了羥基或者水分子。

和月壤中120ppm水含量相比，巖石中仍多出來(lái)60ppm的水，多出來(lái)的水又來(lái)自哪里？科研人員推測(cè)巖石是來(lái)自于比嫦娥五號(hào)著陸點(diǎn)本地玄武巖更古老的區(qū)域，多出來(lái)的水可能代表了月球內(nèi)部水。“而月壤中的含水量較低，可能是嫦娥五號(hào)著陸區(qū)月幔較干或經(jīng)歷了大量脫氣的過(guò)程，這與風(fēng)暴洋地區(qū)長(zhǎng)期的火山噴發(fā)是一致的?！绷旨t磊說(shuō)。

不久前，中科院地質(zhì)地球所的科研團(tuán)隊(duì)在《自然》上同時(shí)發(fā)表三篇論文。其中一篇論文報(bào)道了基于納米離子探針?lè)治黾夹g(shù)對(duì)月球內(nèi)部水的探測(cè)結(jié)果，確定嫦娥五號(hào)著陸區(qū)月幔源區(qū)非?！案伞?，推測(cè)原因之一可能就是由于風(fēng)暴洋地區(qū)長(zhǎng)期的火山噴發(fā)造成強(qiáng)烈脫氣的結(jié)果。

林紅磊介紹，嫦娥五號(hào)是目前唯一一次既返回樣品又獲取到月表原位光譜的任務(wù)，樣品能夠詳細(xì)分析水在月壤顆粒中的分布、存在形式，并可利用同位素示蹤來(lái)源，而原位光譜可以與軌道遙感建立聯(lián)系，能夠研究月表水的全球性分布和時(shí)間變化特征。

月表水的分布可能與緯度高度相關(guān)，嫦娥五號(hào)是目前返回樣品中緯度最高的，這對(duì)研究月表水的分布及來(lái)源具有重要意義。林楊挺表示，嫦娥六號(hào)、嫦娥七號(hào)未來(lái)將在原位和軌道尺度繼續(xù)探測(cè)月表水的含量、分布，本研究成果也將為嫦娥六號(hào)、嫦娥七號(hào)的科學(xué)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)提供支撐。

相關(guān)論文信息：

https:doi.org/10.1126/sciadv.abl9174

綜合來(lái)源：科技日?qǐng)?bào)、中國(guó)科學(xué)報(bào)等