嫦娥五号或找到月球有“本地水”证据

嫦娥五号或找到月球有“本地水”证据 字体： 小 中 大 分享到： 嫦娥五号或找到月球有“本地水”证据 2022-01-18 09:49:44 来源：科技日报

目前普遍认为月地表水的来源有三种可能。第一种是外来论，是太阳风和陨石造成的。这是因为从遥感数据和月球样品分析数据来看，月球土壤表层的水(羟基)含量高于深层。第二种是内生论，即水从月球内部排出，这是固体岩石行星水源最常见的情况；第三种是月球上的水是彗星从太阳系外缘带来的天然水。

近日，嫦娥五号首次获得月球表面原位探测数据。研究人员分析数据发现，嫦娥五号采样区域的含水量低于120ppm(百万分之一)，而岩石中的含水量约为180ppm。相关研究成果于1月8日在线发表在《科学进展》杂志上。

“这相当于1吨月球土壤中约有120克水，1吨岩石中约有180克水。”论文第一作者、中科院地质与地球物理研究所副研究员林解释说。

"月球上有水这一事实已经被反复强调过多次了."嫦娥五号钻井分系统飞控专家组成员、中国地质大学教授肖龙在接受科技日报记者采访时说。

半个多世纪以来，科学家对月球土壤样品进行研究，利用雷达、中子谱仪、光谱仪等探测设备从月球轨道进行遥感探测，多次发现月球上“水”的踪迹。在“月球表面原位”(即月球表面)近距离探测水没有信号。

最新发现让人不禁好奇，在月球表面原位探测水意味着什么？科学家是如何确定含水量的？月球上水有什么利用价值吗？

用光谱仪在月球表面“找水”

肖龙说，科学家此前在月球轨道上100-200公里的高度探测到月球上存在水或羟基。此外，从以前的月球样本中也检测到了羟基或水的信号。

“嫦娥五号在月球表面原来靠近采集样本的位置检测到了水。"肖龙指出，这次科学家从嫦娥五号携带的月球矿物光谱分析仪的谱线信号中探测到羟基位置的响应，然后根据信号特征估算出可能的羟基或水含量。

肖龙说，探测月球含水量的最佳方法是在实验室里测试取样区的样本。他说:“国内很多单位都申请了月球样品，估计这个问题很快会有一个比较有说服力的答案。”

月球矿物光谱分析仪的观测对象是采样区2米见方的月壤和一块未带回的岩石。

光谱仪通过发现羟基或水分子的明显吸收特性来检测水。深圳大学教授黄解释说，光是一种电磁波。科学家可以通过光谱仪测量月球土壤或岩石对不同波段电磁波辐射的反射或吸收能力，然后对获得的数据进行处理，确定被测物体的光谱曲线特征，进而确定其含水量。

黄打了个比方，从光谱曲线上检测出羟基和水，就像警察通过指纹比对确定嫌疑人一样。如果想知道月球上是否有水，就要看光谱曲线中是否缺失了那些具有特征指示意义的波段。光谱曲线中对应于水的缺失带越严重，被测物体的含水量就越多。

“通过分析观测数据中3微米左右的光谱特征，可以判断月球表面是否有水，并得到大概的含水量。”嫦娥五号光谱仪的设计者、中科院上海技术物理研究所研究员何志平说。

“嫦娥五号是唯一一个带回样本并获得月球表面原位光谱数据的探测器。“林说，他带回的样品可以详细分析月球土壤颗粒中水的分布和存在形式，并且可以用同位素追溯其来源。获得的原位光谱数据可与轨道遥感数据相结合，研究月球表面水的全球分布和时间变化特征。

月球水的三种可能来源

嫦娥五号探测到的水是哪里来的？基于对样本的分析，研究人员认为月球土壤中大部分的水分来自太阳风。“太阳风中有大量的氢。当太阳风轰击月球表面时，其中的氢与月球土壤中的氧结合，形成羟基或水分子。”论文作者之一、中国科学院地质与地球物理研究所研究员林说。

肖龙还认为太阳风是月球水的可能来源之一。他解释说，水的形成需要氢和氧，原始月球土壤中的氢含量极低，月球矿物中存在大量的氧，不利于水的直接形成。然而，太阳风主要是氢。“当这种氢注入月球土壤时，它可能会与月球矿物中的氧结合，形成水或羟基”。

"另一种可能性是彗星带来了水."肖龙解释说，这颗彗星含有大量的水冰。当它撞上月球表面时，大部分水冰蒸发逃逸，但也可能有一部分混入月球土壤而保存下来。

“当然，也不排除原来的月壤含有一些水分。”肖龙补充说，前人对阿波罗月球样本做了大量研究，在一些矿物中发现了少量的水，这可能是来自月球内部的原始水，但含量极低。

目前普遍认为月地表水的来源有三种可能。中科院国家天文台研究员平劲松总结，第一种是外来的，就是太阳风和陨石带来的。这是因为从遥感数据和月球样品分析数据来看，月球土壤表层的水(羟基)含量高于深层。第二种是内生论，即水从月球内部排出，这是固体岩石行星水源最常见的情况；第三种是月球上的水是彗星从太阳系外缘带来的天然水。

相比月球土壤中120ppm的含水量，岩石中的含水量为180ppm。那么岩石中的水从哪里来，比月球土壤中的水多？研究人员推测，多出的水可能是月球内部的水。

黄还认为，额外的水可能来自月球内部。这是因为上述文章报道的被测物体是陨石撞击挖掘溅射的岩石，形成于月球深部，而这种岩石存在疑似喷流孔，其含水量高于周围的月球土壤，为月球表面水内生理论提供了有力证据。

这一研究成果意义重大。

确认月球上是否存在水，并估算水的具体含量，对于建设“月球研究站”非常重要。那么这次发现的水能被人类利用吗？

平劲松说，岩石的结晶水，表面的水分子或羟基，表面一定深度的水冰，更深处的液态水层，深层岩石缝隙中的液态水等。可能都是月球上水的存在形式。

与一般意义上的液态水不同，“这台光谱仪探测到的‘水’是指水分子或矿物中的羟基，只有在一定条件下才能转化为我们熟悉的水。”林磊解释道。

肖龙解释说，水一般是自由的，容易分离和提取，只要稍微加热就可以蒸发掉。然而，羟基的提取要困难得多。它们基本存在于矿物中，与其他原子结合紧密，需要破坏矿物的结构才能分离。实用性自然不能和水比。目前，月球光谱遥感数据波段的覆盖范围无法区分这两种存在形式。

“除此之外，月球矿物中的水分子或羟基目前还没有直接的应用价值。”黄说，想象一下，吃掉并挤压一吨重的石头，只能获得足够装满一个小白酒瓶(125毫升)的水或羟基，而这个艰巨的任务还得在月球上完成。

尽管如此，黄指出“这一成果具有重大的科学意义”。他说水是生命之源。此前，科学家通过遥感卫星或采集月球样本探测到了水，而这是首次在月球现场实时“看到”水。此外，这项研究为内源性月球地表水的存在提供了重要证据，从而为探索月球水资源指明了重要方向；最后，水在月球、地球和行星的演化中起着重要的作用。这一成果对于研究太阳系的起源和演化具有重要的理论意义。(记者汤芳)

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