月亮上有“水”，但还没有桂花树

科学咖啡馆

月亮上有“水”，但还没有桂花树

“嫦娥”在月亮上发现了“水”！

这个说法听起来很浪漫，但眼下正与之相关的这条新闻，却充满了属于科学、属于未来的另一种美感：嫦娥五号探测器，在月球表面的土壤里，发现了“水”。

更准确一点说，这里的“水”，可不是能直接喝到嘴里的液态水，而是指藏在月壤颗粒里面的水分子或羟基（OH）。

2022年1月8日，中科院地质与地球物理研究所行星科学团队，与上海技术物理研究所、国家空间科学中心、夏威夷大学、南京大学合作的科研团队，一同在《科学-进展》上发表了关于“月球表面水探测”的研究成果。

2020年12月，嫦娥五号在月球正面预选着陆区着陆，着陆区的玄武岩已形成了20亿年。嫦娥五号携带了月球矿物光谱分析仪，一边采样带回月球样品，一边在采样区约2米×2米范围的区域进行了光谱观测。

这是人类第一次有机会在月球表面“近距离、高分辨地探测到水的信号”，按照中科院地质与地球物理研究所副研究员林红磊的形容，相当于研究者直接在月球上带着光谱仪出了一次“野外”。

作为目前“唯一一次既返回样品，又获取到月表原位光谱的任务”，嫦娥五号显然给月球水的研究注入了一针强心剂。它带回来的样品，能够被用于详细分析月球水在月壤颗粒中的分布、存在形式和来源。而原位光谱可以与轨道遥感建立联系，能够研究月表水的全球性分布和时间变化特征。

研究人员分析了嫦娥五号原位探测数据，最终估算的结果是：1吨月壤中，相当于有约120克“水”，1吨岩石中相当于有约180克“水”。

关于月亮上究竟有没有水这件事，其实已经争论了半个多世纪。

早在1952年，诺贝尔化学奖得主哈罗德·克莱顿·尤里就提出，月球上“可能存在着太阳永远无法照射到的洼地”，即“永久阴影区”，这些洼地中或许存在一些挥发性的物质。1961年，加州理工学院的科学家，模拟展示了水蒸气是如何在漫长的地质时间尺度上，困于永久阴影区的。

1969到1972年，以希腊神话太阳神阿波罗为名的登月任务，从月球上带回了大量样品，科学家们终于能亲自动手，试着从这些月壤里翻找出水来。可惜的是，也许是因为当时的技术限制，抑或样品的选择问题，阿波罗带回来的这些月壤都是“干巴巴的”。

用开玩笑的话来说，仿佛真的有太阳神将它们烘干过似的。

“月亮是干的”，这事逐渐成为一个共识，哪怕是1978年，苏联科学家在采集到的月壤样品中，测量到了约0.1wt.%的水——相当于1吨月壤中有1000克水，也没人敢说月亮上真的有水。将近半个世纪，对月球水的研究止步不前，直到1994年，美国国家航空航天局发送了克莱门汀号探测器，利用雷达技术探测了月球两极。

雷达波的反射模式显示，月球极区永久阴影区的月壤中，可能存在水冰，即一种由水或融水在低温下固结的冰。当时的研究者判断，测量月球氢的含量，或许是“探测水的一个方式”。1998年，月球勘探者号利用中子谱仪探测到了大量的氢，模型估计，月亮上的水，或许多达数亿吨。

2008年，随着技术的发展，科学家终于在“阿波罗”样品中探测到了水，但在嫦娥五号之前还没有进行过在月表原位的测量。

月球上的水，主要的存在形式包括水冰、月壤表层水和月球内部水。几个可能的主要来源包括：太阳风注入，富含挥发物的陨石或彗星撞击，或是存在于火山玻璃、磷灰石中的月球自己的水。

同位素分析表明，这回月壤样品颗粒里的水，大部分来源于太阳风。太阳风中的氢粒子作用于月壤的各种矿物和玻璃表面，通过碰撞，进入矿物和玻璃的结构中，并与其中的氧原子结合，成为羟基或者水分子，这些水大多存在于月壤颗粒表层。而月球岩浆中的水，通常是以羟基的形式存在于矿物晶格中。

月表水的分布，很可能与“纬度的高度”相关。嫦娥五号带回的样品，是目前采集到的所有样品中，采集地区纬度最高的。

“新一轮的探月目标，开始从‘认识月球为主’向‘认识和利用月球并重’转变。”林红磊说。他提到，很多科学家一直在专门研究月表资源的原位利用，特别是水的利用。

月表的水，理论上是可以提取的，但是含量太低，开采利用也非常困难。目前更被科学工作者关注的，是月球极区的水冰资源利用，已有很多相关研究在围绕着这个问题开展。一种设想是，可通过各种方式加热极区月壤，让其中的气体挥发出来，再通过冷凝，分离、收集储存水蒸气。

只可惜，月球的环境毕竟太复杂，水（冰）储量还不完全清楚，水的收集工作也很困难。据林红磊介绍，大多数月球水资源的开发利用装置，都还只是一个设想或建议，基本都停留在原理样机阶段。

水被称为生命之源，当我们把“水”“宇宙”这些词联系在一起，总会有许多关于未来的想象从大脑中迸发。

早期的火星可能存在过大量液态水，火星的地形地貌和已经发现的很多含水矿物可以说明这一点。当然，现在的火星探索中，还没有发现太多液态水仍然存在的证据。哪怕如此，在好莱坞的科幻电影中，未来的人类也已经敢在火星上种土豆了。

既然这次，“嫦娥”发现了水，那我们或许也可以做一做在月亮上种桂花树的梦了。

张渺

来源： 中国青年报