■記者 甘曉

　　月球上有水嗎？來自嫦娥五號探測數(shù)據(jù)的最新研究顯示，1噸月壤中大概約有120克“水”。

　　1月8日，由中國科學(xué)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(xué)團隊與上海技術(shù)物理研究所、國家空間科學(xué)中心，以及南京大學(xué)、美國夏威夷大學(xué)等多家科研機構(gòu)合作完成的研究論文在《科學(xué)進展》上發(fā)表。這項研究利用嫦娥五號攜帶“月球礦物光譜分析儀”所探測的數(shù)據(jù)，首次獲得了月表原位條件下的水含量。

　　需要解釋的是，科學(xué)家研究的“水”并不是人們喝的“水”。“光譜儀所探測到的‘水’指礦物里的水分子或者羥基，在一定條件下才能轉(zhuǎn)化為我們喝的水。”論文第一作者、地質(zhì)地球所副研究員林紅磊告訴《中國科學(xué)報》。

　　半個世紀的爭論

　　一直以來，“月球上到底有沒有水”都是人們仰望星空時想探究的問題之一，而關(guān)于這個問題的科學(xué)爭論已持續(xù)了半個多世紀。早在1952年，氘的發(fā)現(xiàn)者、美國化學(xué)家哈羅德·尤里大膽猜測，月球上太陽永遠無法照射到的洼地中可能存在像水一樣的揮發(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”的機會。遺憾的是，在實驗室里測量他們帶回來的樣品發(fā)現(xiàn)月壤很干，留在月球表面探測大氣的儀器也并沒有探測到水汽。從此，“月球是干的”幾乎成為人們的共識。

　　林紅磊介紹，即使是1978年蘇聯(lián)科學(xué)家在“月球24號”任務(wù)采集的樣品中測量到了微量水，仍然沒有引起科學(xué)家的重視，對月球水的研究停滯了很長一段時間。

　　20世紀90年代，新探測技術(shù)的出現(xiàn)才掀起月球水研究熱潮。首先是雷達技術(shù)，1994年美國科學(xué)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·尤里的猜想。1998年，美國“月球勘探者號”攜帶一臺中子譜儀探測到了大量氫，估計月球極區(qū)可能存在水，多達數(shù)億噸。

　　進入21世紀，光譜儀探測成為更加先進的方式。2009年，印度“月船一號”搭載的月球礦物繪圖光譜儀發(fā)現(xiàn)在月球上水隨處可見，水含量隨緯度的增加而增加。“這一探測結(jié)果讓很多人第一次意識到‘哦！月球上居然有水’。”論文通訊作者之一、中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心研究員劉洋表示。

　　此后，前往土星的探測器“卡西尼號”、前往彗星的探測器“深度撞擊號”、“月球觀測和傳感衛(wèi)星”等都用光譜儀的探測確認月球上確實存在水。

　　帶著光譜儀“出野外”

　　前述來自光譜儀的數(shù)據(jù)都是從距離月面遙遠的月球上空觀測到的證據(jù)，人類還從來沒有在月球表面原位直接進行過水的探測。

　　2020年12月1日，嫦娥五號探測器在月球風(fēng)暴洋北部地區(qū)著陸，隨后帶回1731克月球樣品。月球礦物光譜分析儀獲取了月表的光譜數(shù)據(jù)。用林紅磊的話說：“這像是在月球上出了一次‘野外’，第一次有機會在月表近距離、高分辨地探測水的信號。”

　　實際上，光譜儀是靠發(fā)現(xiàn)羥基或者水分子的明顯吸收特征來測量水。“通過分析3微米附近的光譜特征，就可以識別月表水并獲得水含量。”嫦娥五號光譜儀設(shè)計者、中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所研究員何志平介紹。

　　和普遍意義上的液態(tài)水不同，光譜儀在月面探測到的“水”都藏在巖石中，水分子代表稍微加熱就可以跑出來的“結(jié)合水”，羥基則代表需要較高溫度才能析出的“結(jié)構(gòu)水”。而目前獲得的月球光譜遙感數(shù)據(jù)波段覆蓋范圍還無法區(qū)分這兩種存在形式。

　　為獲得更準確的數(shù)據(jù)，科研人員對光譜儀進行了熱校正。“月表溫度在當(dāng)?shù)卣缟踔習(xí)^100攝氏度，高溫使月壤產(chǎn)生的熱輻射改變光譜形態(tài)，掩蓋水的特征，因此對光譜進行熱校正是研究月表水的關(guān)鍵。”林紅磊說。

　　嫦娥五號光譜儀對采樣區(qū)約2米見方的區(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的巖石。數(shù)據(jù)分析結(jié)果為月球上真的存在水增加了新的確鑿證據(jù)：嫦娥五號采樣區(qū)的水含量在120ppm（百萬分之120）以下，而巖石中的水含量約為180ppm。“相當(dāng)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。

　　月球“水”事待續(xù)

　　科研人員分析，月壤中的水絕大部分源自太陽風(fēng)“帶貨”。“太陽風(fēng)里有很多氫，轟到月面與月壤里的氧結(jié)合形成了羥基或者水分子。”論文通訊作者之一、地質(zhì)地球所研究員林楊挺告訴《中國科學(xué)報》。

　　和月壤中120ppm水含量相比，巖石中多出來60ppm的水，多出來的水又來自哪里？科研人員推測巖石來自比嫦娥五號著陸點本地玄武巖更古老的區(qū)域，多出來的水可能代表了月球內(nèi)部水。

　　不久前，地質(zhì)地球所的科研團隊在《自然》上同時發(fā)表3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)部水的探測結(jié)果，確定嫦娥五號著陸區(qū)月幔源區(qū)非常“干”，推測原因之一是風(fēng)暴洋地區(qū)長期的火山噴發(fā)造成強烈脫氣的結(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)探測月表水的含量、分布，這項研究成果也將為嫦娥六號、嫦娥七號的科學(xué)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的任務(wù)。其樣品能夠詳細分析水在月壤顆粒中的分布、存在形式，并可利用同位素示蹤來源。而原位光譜可以與軌道遙感建立聯(lián)系，研究月表水的全球性分布和時間變化特征。

　　月球水研究遠未結(jié)束。在科研人員看來，證實月球上存在水并估算水量，對“月球村”“月球科研站”的規(guī)劃和建設(shè)至關(guān)重要。