每经编辑 张锦河
据央视新闻，记者今天（23日）从中国科学院物理研究所获悉，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心研究员陈小龙、副研究员金士锋、博士研究生郝木难等，联合北京科技大学副教授郭中楠、天津大学工程师殷博昊、中国科学院青海盐湖研究所研究员马云麒、郑州大学工程师邓丽君等，在嫦娥五号带回的月球样本中，发现了月球上一种富含水分子和铵的未知矿物晶体——ULM-1。这标志着科学家首次在月壤中发现了分子水，揭示了水分子和铵在月球上的真实存在形式。该研究成果近日在学术期刊《自然-天文学》（Nature Astronomy）在线发表。
月球上是否存在水，对于月球演化研究和资源开发至关重要。对1969年至1972年采集的阿波罗样品的研究表明，月壤中未发现任何含水矿物。此后，月球不含水成为月球科学的基本假设，这对认识月球火山演化、月地起源等问题产生了重要影响。1994年，研究人员通过克莱门汀探测器对月球两极进行观测，提出极区永久阴影区的月壤中可能存在水冰。2009年，月船一号搭载的月球矿物绘图光谱仪发现，月球表面存在太阳风导致的羟基和/或水分子信号。同年，月球观测和传感卫星以2.5公里/秒的速度撞击了月球永久阴影区，而对撞击尘埃的遥感测量显示了水的信号。近年来，遥感数据表明月球光照区有水分子存在的迹象。针对当年采集的阿波罗月球样品，科学家运用高灵敏度的表征技术，在部分玻璃和矿物中发现了百万分之一量级的“水”（H+、OH-或H2O），但没有水分子存在的确凿证据。
富含水分子和铵的未知矿物晶体——ULM-1和成分组成
我国嫦娥5号采集的月壤样品属于最年轻的玄武岩，是迄今为止纬度最高的月球样品，为月球水的研究提供了新机遇。我国科研人员开展的这项研究基于单晶衍射和化学分析发现，这些月球水和铵以一种成分为（NH4,K,Cs,Rb）MgCl3·6H2O的水合矿物形式出现。该矿物分子式中含有多达六个结晶水，水分子在样品中的质量比高达41%。红外光谱和拉曼光谱上均可以清晰地观察到源于水分子和铵的特征振动峰。晶体的电荷密度可以清晰地看到水分子中的氢。ULM-1的晶体结构和组成与地球上近年来发现的一种稀有火山口矿物相似。地球上，该矿物是由热玄武岩与富含水和氨的火山气体相互作用形成。这为月球上的水和氨的来源提供了新线索。
为了确保这一发现的准确性，该研究进行了严格的化学和氯同位素分析。纳米二次离子质谱数据表明，该矿物的Cl同位素组成和地球矿物显著不同，与月球上的矿物相符。研究人员对该矿物化学成分和形成条件进行分析，进一步排除了地球污染或火箭尾气作为这种水合物的来源。该六水矿物的存在为月球火山气体的组成给出了重要的约束。热力学分析显示，当时月球火山气体中水的含量下限与目前地球中最为干燥的伦盖火山相当。这揭示了复杂的月球火山脱气历史，对探讨月球的演化过程具有重要意义。
这种水合矿物的发现揭示了月球上水分子可能存在的一种形式——水合盐。与易挥发的水冰不同，这种水合物在月球高维度地区（嫦娥5号采样点）非常稳定。这意味着，即使在广阔的月球阳光照射区，也可能存在这种稳定的水合盐。这为未来月球资源的开发和利用提供了新的可能性。
新华社此前报道，北京时间2022年6月15日，《自然通讯》（Nature Communications）在线发布我国嫦娥五号的一项重要研究成果。中国科学院国家天文台李春来、刘建军研究员和上海技术物理研究所舒嵘研究员领导的团队，与中科院地质地球所、物理所、西安光机所、地球化学所，北京空间飞行器总体设计部、北京航天飞行控制中心、北京空间机电研究所等单位合作，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。
月球有没有水、有多少水、是什么形式的水、水来自哪里存在着很大的争议，一直是月球科学的研究热点。在嫦娥五号任务立项论证之初，研究团队提出将着陆器上的月球矿物光谱分析仪光谱范围拓展到了3.2μm，并实现了国际上首次月表水光谱吸收特征的就位探测。为了避免发动机羽流和太阳风轰击月表时的动态“水”（羟基OH）给就位光谱分析带来的影响，研究团队对获取就位探测光谱数据的时机进行了精心设计。探测时机选择在着陆6小时后以避免CE-5探测器着陆时发动机羽流成分的影响；探测时间选择在月面温度最高（约62~87摄氏度）的（接近）正午，最大限度地挥发了月表的动态“水”；光谱测量时月球（着陆区）正处于地球磁场的保护中，屏蔽了太阳风，避免了太阳风轰击产生的动态“水”（羟基OH）的因素。在这种环境下嫦娥五号光谱仪能够获得“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。
目前认为月球“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。月球样品返回地球后，研究团队在实验室对返回月球样品进行了系统分析，实验室光谱分析再次验证了羟基水的明确存在，但“水”的存在形式、含量和来源的研究，需要详细的矿物岩石学分析。阿波罗月球样品研究认为，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。返回样品的实验室分析表明，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Apollo 11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。同时，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。对嫦娥五号月球样品的实验室分析，发现了至少一种含水矿物——羟基磷灰石，其含量不均匀，折合样品羟基水的含量从0ppm到179ppm不等（平均约17ppm），证明了嫦娥五号月壤样品中存在来自岩浆结晶过程的“水”，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。
每日经济新闻综合自央视新闻、新华社
免责声明：如果侵犯了您的权益，请联系站长，我们会及时删除侵权内容，谢谢合作！ |
