“嫦娥五号”项目新成果，揭示月球上“水的存在”

已证实月球上有羟基形式的“水” 中科院国家天文台供图

□海珠

国际科学期刊《自然·通讯》近日在线发布了我国“嫦娥五号”的一项重要研究成果，证明月壤中不仅明显地含有羟基形式的“水”，而且这些“水”在月球晚期岩浆活动过程中可能还起到了非常重要的作用。

“月表水”意义重大

2020年12月，“嫦娥五号”探测器成功着陆在了月球风暴洋北部地区，并将1731克的月球样品带回地球。基于样品的实验室研究，研究人员已确定“嫦娥五号”着陆区玄武岩的年龄约为20亿年。

大家都知道，“嫦娥五号”探测器有一个重要任务就是获取采样区的形貌与物质成分，解析月表水特征。因为半个多世纪以来，人们一直在争论和探测月球表面水的存在，而月表水的探测对于约束月球的形成过程、月球科研站建设和原位资源利用等都至关重要。

科研团队通过对“嫦娥五号”所携带“月球矿物光谱分析仪”探测的数据进行研究，早前已首次获得月表原位条件下的水含量。研究显示，每1吨月壤中便约有120克“水”，1吨岩石中约有180克水。这一研究成果已于2022年1月8日在《科学·进展》上发表。科研团队当时称，光谱仪所探测到的“水”主要指矿物里的水分子或者羟基，而且在一定条件下应该能转化为人可以喝的水。

着陆区便有“月表水”

近日，新的研究结果又出来了，研究人员在国际上首次联合月球样品的实验室分析结果和月表就位探测的光谱数据，检验了月球样品中水的有无、形式和多少，回答了“嫦娥五号”着陆区水的分布特征和来源问题，为遥感探测数据中水的信号解译和估算提供了地面真值。研究结果已在线发布在《自然·通讯》上。

研究团队称，“嫦娥五号”当时在月球上获取原位探测光谱数据时，就进行了精心地时机设计：要避免探测器着陆时发动机羽流成分的影响；要选择月面温度最高（约62℃-87℃）的（接近）正午，最大限度地挥发了月表的动态“水”；要尽量屏蔽太阳风，避免了太阳风轰击产生的动态“水”（羟基OH）等因素。因此，最终获取的着陆点月土壤光谱才是最“干净”的“水”吸收光谱。经严格的校正处理和分析，研究团队发现，“嫦娥五号”着陆区月壤中明显地含有羟基形式的“水”，但平均含量较低，仅约30ppm（溶质占全部溶液百万分比）。

探究“水”的来源

目前普遍认为，月球“水”的来源主要有三种可能：一是太阳风粒子与月表物质相互作用产生的（动态）羟基物质；二是撞击月球的彗星或陨石带来的水和含羟基物质；三是月球原生（内部）水。

当研究团队对返回月球样品进行了系统分析后，阿波罗月球样品之前的相关研究认为，月壤中（撞击）胶结玻璃包含了太阳风长期注入形成的羟基物质，胶结玻璃的含量是影响月球样品中“水”含量的重要因素。

但中国研究团队提出，“嫦娥五号”月球样品是一类年轻玄武岩，胶结玻璃含量很少（不足16%），仅为阿波罗月球样品的1/3，由此估算“嫦娥五号”月壤样品中来自太阳风注入胶结玻璃形成的“水”不多于18ppm。他们认为，“嫦娥五号”着陆区月壤样品中外来撞击溅射物非常低，对“水”的贡献可以忽略，因此“嫦娥五号”月壤样品中肯定存在来源于月球内部的原生水。他们还发现了至少一种含水矿物——羟基磷灰石，证明了“嫦娥五号”月壤样品中存在来自岩浆结晶过程的“水”。

这说明，“水”在月球晚期岩浆活动过程中不仅存在，而且可能起到了非常重要的作用。