月球上有水嗎?來(lái)自嫦娥五號探測數據的最新研究顯示，1 噸月壤中大概約有 120 克“水”。

　　北京時(shí)間 1 月 8 日，由中科院地質(zhì)與地球物理研究所(以下簡(jiǎn)稱(chēng)地質(zhì)地球所)行星科學(xué)團隊與多家科研機構合作完成的研究論文在《科學(xué)-進(jìn)展》上發(fā)表。

　　這項研究利用嫦娥五號所攜帶“月球礦物光譜分析儀”探測的數據，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”。“光譜儀所探測到的‘水’指礦物里的水分子或者羥基，在一定條件下才能轉化為我們喝的水。”該論文一作、中科院地質(zhì)地球所副研究員林紅磊告訴《中國科學(xué)報》。

　　半個(gè)世紀的爭論

　　仰望星空，“月球上到底有沒(méi)有水”的問(wèn)題引發(fā)人類(lèi)極大的好奇心，關(guān)于這個(gè)問(wèn)題的科學(xué)爭論已持續半個(gè)多世紀。

　　早在 1952 年，氘的發(fā)現者、美國化學(xué)家哈羅德·尤里(Harold Urey)大膽猜測月球上太陽(yáng)永遠無(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 年至 1972 年，美國“阿波羅”計劃給了宇航員“眼見(jiàn)為實(shí)”的機會(huì )。遺憾的是，在實(shí)驗室里測量他們帶回來(lái)的樣品發(fā)現月壤很干，留在月球表面探測大氣的儀器也并沒(méi)有探測到水汽。從此，“月球是干的”幾乎成為人們的共識。

　　林紅磊介紹，即使是 1978 年蘇聯(lián)科學(xué)家在“月球 24 號”(Luna 24)任務(wù)采集的樣品中測量到了微量水，仍然沒(méi)有引起科學(xué)家的重視，對月球水的研究停滯了很長(cháng)一段時(shí)間。

　　20 世紀 90 年代，新探測技術(shù)的出現才掀起月球水研究的熱潮。

　　首先是雷達技術(shù)，1994 年美國科學(xué)家在“克萊門(mén)汀”任務(wù)中利用雷達技術(shù)對月球兩極進(jìn)行探測，證實(shí)此前哈羅德·尤里的猜想。

　　1998 年，美國“月球勘探者號”(Lunar Prospector)攜帶一臺中子譜儀探測到了大量的氫，估計月球極區可能存在水，多達數億噸。

　　進(jìn)入 2000 年，光譜儀探測成為更加先進(jìn)的方式。

　　2009 年，印度“月船一號”(Chandrayaan-1)搭載的月球礦物繪圖光譜儀發(fā)現在月球上水隨處可見(jiàn)，水含量隨緯度的增加而增加。

　　“這一探測結果讓很多人第一次意識到，哦!月球上居然有水。”該論文的通訊作者之一、中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心研究員劉洋表示。

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

　　帶著(zhù)光譜儀“出野外”

　　前述來(lái)自光譜儀的數據都是從距離月面遙遠的月球上空觀(guān)測到的證據，人類(lèi)還從來(lái)沒(méi)有在月球表面原位直接進(jìn)行過(guò)水的探測。

　　2020 年 12 月 1 日，嫦娥五號探測器在月球風(fēng)暴洋北部地區著(zhù)陸，隨后返回 1731 克月球樣品。

　　月球礦物光譜分析儀獲取了月表的光譜數據。用林紅磊的話(huà)說(shuō)：“這像是在月球上出了一次‘野外’，第一次有機會(huì )在月表近距離、高分辨地探測水的信號。”

　　實(shí)際上，光譜儀是靠發(fā)現羥基或者水分子的明顯吸收特征來(lái)測量水。“通過(guò)分析 3 微米附近的光譜特征，就可以識別月表水并獲得水含量。”嫦娥五號光譜儀的設計者、中科院上海技術(shù)物理研究所研究員何志平介紹。

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

　　而目前獲得的月球光譜遙感數據波段覆蓋范圍還無(wú)法區分這兩種存在形式。

　　為獲得更準確的數據，科研人員對光譜儀進(jìn)行了熱校正。

　　“月表溫度在當地正午甚至會(huì )超過(guò) 100 攝氏度，高溫使月壤產(chǎn)生的熱輻射會(huì )改變光譜形態(tài)，掩蓋水的特征，因此對光譜進(jìn)行熱校正是研究月表水的關(guān)鍵。”林紅磊說(shuō)。

　　嫦娥五號光譜儀對采樣區約 2 米見(jiàn)方的區域進(jìn)行了光譜觀(guān)測，觀(guān)測對象除了月壤之外還有一塊沒(méi)有帶回來(lái)的巖石。

　　數據分析結果為月球上真的存在水增加了新的確鑿證據：嫦娥五號采樣區的水含量在 120 ppm(百萬(wàn)分之 120)以下，而巖石中的水含量約為 180 ppm。

　　“相當于 1 噸月壤中大約有 120 克水，1 噸巖石中大約有 180 克水。”劉洋介紹。

　　月球“水”事待續

　　科研人員分析，月壤中的水絕大部分源自太陽(yáng)風(fēng)“帶貨”。

　　“太陽(yáng)風(fēng)里有很多氫，轟到月面與月壤里的氧結合形成了羥基或者水分子。”論文通訊作者之一、地質(zhì)地球所研究員林楊挺告訴《中國科學(xué)報》。

　　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?科研人員推測巖石是來(lái)自于比嫦娥五號著(zhù)陸點(diǎn)本地玄武巖更古老的區域，多出來(lái)的水可能代表了月球內部水。

　　不久前，中科院地質(zhì)地球所的科研團隊在《自然》上同時(shí)發(fā)表三篇論文。其中一篇論文報道了基于納米離子探針?lè )治黾夹g(shù)對月球內部水的探測結果，確定嫦娥五號著(zhù)陸區月幔源區非常“干”，推測原因之一可能是由于風(fēng)暴洋地區長(cháng)期的火山噴發(fā)造成強烈脫氣的結果。

　　林楊挺介紹，嫦娥六號、嫦娥七號將在原位和軌道尺度繼續探測月表水的含量、分布，這項研究成果也將為嫦娥六號、嫦娥七號的科學(xué)目標實(shí)現提供支撐。

　　嫦娥五號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)，樣品能夠詳細的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。

　　月球水研究遠未結束。在科研人員們看來(lái)，證實(shí)月球上存在水并估算水量對“月球村”“月球科研站”的規劃和建設至關(guān)重要。

　　本研究由中科院地質(zhì)地球所行星科學(xué)團隊與上海技術(shù)物理研究所、國家空間科學(xué)中心、夏威夷大學(xué)、南京大學(xué)合作完成。
　?。?a href="http://www.mtjwjy.com/website/">邯鄲網(wǎng)站建設）