：甘曉
月球上有水么？來自嫦娥五號探測數(shù)據(jù)得蕞新研究顯示，1噸月壤中大概約有120克“水”。
北京時間1月8日，由中科院地質(zhì)與地球物理研究所（以下簡稱地質(zhì)地球所）行星科學團隊與多家科研機構(gòu)合作完成得研究論文在《科學-進展》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”探測得數(shù)據(jù)，首次獲得了月表原位條件下得水含量。
需要解釋得是，科學家研究得“水”并不是我們喝得“水”。“光譜儀所探測到得‘水’指礦物里得水分子或者羥基，在一定條件下才能轉(zhuǎn)化為我們喝得水。”該論文一作、中科院地質(zhì)地球所副研究員林紅磊告訴《華夏科學報》。
半個世紀得爭論
仰望星空，“月球上到底有沒有水”得問題引發(fā)人類極大得好奇心，關(guān)于這個問題得科學爭論已持續(xù)半個多世紀。早在1952年，氘得發(fā)現(xiàn)者、美國化學家哈羅德·尤里（Harold Urey）大膽猜測月球上太陽永遠無法照射到得洼地中可能存在像水一樣得揮發(fā)性物質(zhì)。
1969年至1972年，美國“阿波羅”計劃給了宇航員“眼見為實”得機會。遺憾得是，在實驗室里測量他們帶回來得樣品發(fā)現(xiàn)月壤很干，留在月球表面探測大氣得儀器也并沒有探測到水汽。從此，“月球是干得”幾乎成為人們得共識。
林紅磊介紹，即使是1978年蘇聯(lián)科學家在“月球24號”（Luna 24）任務(wù)采集得樣品中測量到了微量水，仍然沒有引起科學家得重視，對月球水得研究停滯了很長一段時間。
20世紀90年代，新探測技術(shù)得出現(xiàn)才掀起月球水研究得熱潮。首先是雷達技術(shù)，1994年美國科學家在“克萊門汀”任務(wù)中利用雷達技術(shù)對月球兩極進行探測，證實此前哈羅德·尤里得猜想。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得氫，估計月球極區(qū)可能存在水，多達數(shù)億噸。
進入2000年，光譜儀探測成為更加先進得方式。2009年，印度“月船一號”（Chandrayaan-1）搭載得月球礦物繪圖光譜儀發(fā)現(xiàn)在月球上水隨處可見，水含量隨緯度得增加而增加。“這一探測結(jié)果讓很多人第壹次意識到，哦！月球上居然有水。”該論文得通訊之一、華夏科學院China空間科學中心研究員劉洋表示。
此后，前往土星探測器“卡西尼號”、前往彗星得探測器“深度撞擊號（Deep Impact）”、“月球觀測和傳感衛(wèi)星(LCROSS)”等都用光譜儀得探測“實錘”月球上確實存在水。
帶著光譜儀“出野外”
前述來自光譜儀得數(shù)據(jù)都是從距離月面遙遠得月球上空觀測到得證據(jù)，人類還從來沒有在月球表面原位直接進行過水得探測。
上年年12月1日，嫦娥五號探測器在月球風暴洋北部地區(qū)著陸，隨后返回1731克月球樣品。月球礦物光譜分析儀獲取了月表得光譜數(shù)據(jù)。用林紅磊得話說：“這像是在月球上出了一次‘野外’，第壹次有機會在月表近距離、高分辨地探測水得信號。”
實際上，光譜儀是靠發(fā)現(xiàn)羥基或者水分子得明顯吸收特征來測量水。“通過分析3微米附近得光譜特征，就可以識別月表水并獲得水含量。”嫦娥五號光譜儀得設(shè)計者、中科院上海技術(shù)物理研究所研究員何志平介紹。
和普遍意義上得液態(tài)水不同，光譜儀在月面探測到得“水”都藏在巖石中，水分子代表稍微加熱就可以跑出來得“結(jié)合水”，羥基則代表需要較高溫度才能析出得“結(jié)構(gòu)水”。而目前獲得得月球光譜遙感數(shù)據(jù)波段覆蓋范圍還無法區(qū)分這兩種存在形式。
為獲得更準確得數(shù)據(jù)，科研人員對光譜儀進行了熱校正。“月表溫度在當?shù)卣缟踔習^100攝氏度，高溫使月壤產(chǎn)生得熱輻射會改變光譜形態(tài)，掩蓋水得特征，因此對光譜進行熱校正是研究月表水得關(guān)鍵。”林紅磊說。
嫦娥五號光譜儀對采樣區(qū)約2米見方得區(qū)域進行了光譜觀測，觀測對象除了月壤之外還有一塊沒有帶回來得巖石。數(shù)據(jù)分析結(jié)果為月球上真得存在水增加了新得確鑿證據(jù)：嫦娥五號采樣區(qū)得水含量在120 ppm（百萬分之120）以下，而巖石中得水含量約為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。
嫦娥五號采樣區(qū)背景圖和水含量（研究團隊供圖）
月球“水”事待續(xù)
科研人員分析，月壤中得水絕大部分源自太陽風“帶貨”。“太陽風里有很多氫，轟到月面與月壤里得氧結(jié)合形成了羥基或者水分子。”論文通訊之一、地質(zhì)地球所研究員林楊挺告訴《華夏科學報》。
和月壤中120ppm水含量相比，巖石中仍多出來60ppm得水，多出來得水又來自哪里？科研人員推測巖石是來自于比嫦娥五號著陸點本地玄武巖更古老得區(qū)域，多出來得水可能代表了月球內(nèi)部水。
不久前，中科院地質(zhì)地球所得科研團隊在《自然》上同時發(fā)表三篇論文。其中一篇論文報道了基于納米離子探針分析技術(shù)對月球內(nèi)部水得探測結(jié)果，確定嫦娥五號著陸區(qū)月幔源區(qū)非常“干”，推測原因之一可能是由于風暴洋地區(qū)長期得火山噴發(fā)造成強烈脫氣得結(jié)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(xù)探測月表水得含量、分布，這項研究成果也將為嫦娥六號、嫦娥七號得科學目標實現(xiàn)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得任務(wù)，樣品能夠詳細得分析水在月壤顆粒中得分布、存在形式，并可利用同位素示蹤而原位光譜可以與軌道遙感建立聯(lián)系，能夠研究月表水得全球性分布和時間變化特征。
月球水研究遠未結(jié)束。在科研人員們看來，證實月球上存在水并估算水量對“月球村”“月球科研站”得規(guī)劃和建設(shè)至關(guān)重要。
本研究由中科院地質(zhì)地球所行星科學團隊與上海技術(shù)物理研究所、China空間科學中心、夏威夷大學、南京大學合作完成。
論文信息：DOI: 10.1126/sciadv.abl9174
