王世杰 李雄耀

2018年的春節(jié)前夕，著名學(xué)術(shù)期刊《自然：地球科學(xué)》刊發(fā)了美國太空科學(xué)研究所（Space Science Institute）的高級研究員約書亞·班菲爾德（Joshua Bandfield）的一篇文章，稱：“月球上水的存在似乎并不取決于月球表面的組成成分，而且水的分布十分廣泛?！边@一發(fā)現(xiàn)讓全世界的航天人興奮不已：這是真的嗎？月球上的水可用嗎？月球基地指日可待？其實，關(guān)于月球“水”的問題一直以來都存在爭議。在這里，讓我們來揭開它神秘面紗的一角，更好地認(rèn)識一下月球“水”。

請相信：月球真有水！

一直以來，月球一直被深信是極其干燥的，這很容易從它的出身得以理解：月球形成于一個火星大小的“忒亞”（小天體，用神話故事中月球女神的母親命名）與原生地球碰撞與地球發(fā)生的大碰撞。在這一過程中，形成月球的物質(zhì)經(jīng)歷高達上千度的高溫蒸發(fā)，水等容易揮發(fā)的組分都在高真空中逃逸得干干凈凈。但是， 1994年卡萊門汀號雷達在月球極區(qū)首先探測到了可能是水冰引起的極化信號增強；為了證實月球極區(qū)水冰的存在，1998年月球勘探者號攜帶中子譜儀對兩極進行了探測，發(fā)現(xiàn)月球兩極確實存在氫離子的富集。而隨后的卡西尼號、深度撞擊號、月船一號、月球軌道勘查器等探測任務(wù)也均發(fā)現(xiàn)月球存在水的信號。尤其是月船一號，它所攜帶的高光譜儀獲取大量光譜探測數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)月球表面很多區(qū)域在2.8微米的紅外波段具有明顯水的吸收特征。班菲爾德就是通過分析這些數(shù)據(jù)得出了月球表面廣泛存在水的結(jié)論。這確實是真的，大量的探測數(shù)據(jù)已經(jīng)證實了月球確實存在水。

要知道：彼水非此水！

但是，這里所說的月球“水”并非傳統(tǒng)意義上的水。通常我們我們所說的水是以氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)三種形式存在的自由水。除此之外，水還以和礦物共存，以吸附水、結(jié)構(gòu)水、結(jié)晶水、沸石水和層間水的形態(tài)存在礦物之中。這其中結(jié)構(gòu)水和結(jié)晶水是以成鍵的強結(jié)合方式存在。比如：高嶺土（化學(xué)式：Al4（Si4O10）（OH）8）和石膏（Ca（SO4）·2H2O）。結(jié)晶水在 200～500度的高溫下才會擺脫束縛丟失，而結(jié)構(gòu)水比結(jié)晶水的結(jié)合更牢固，在更高的溫度甚至晶格被破壞時才會丟失。而只有這種形態(tài)的水，才能夠在月球表面的極端環(huán)境下保留，因此，Bandfield所發(fā)現(xiàn)的月球表面廣泛分布的水是存在于礦物中的結(jié)構(gòu)水。這種形態(tài)的水要想利用非常困難，除了結(jié)合很強之外，它的含量通常比較低。打個形象的比方，利用月球上這些結(jié)構(gòu)水好比你在沙漠里撿了塊石頭要用石頭里的水一樣。要認(rèn)清：此水特征！

月球早在30億年前就已經(jīng)停止強烈的地質(zhì)活動了，它給我們保留了很多太陽系古老的信息。月球表面廣泛存在的水極有可能形成于太陽風(fēng)的長期作用，水的保存逃逸特性、氫同位素特征是揭示太陽系水的起源、早期物質(zhì)組成等重要線索。因此，月球水雖然難以利用，但卻蘊藏著極其重要的科學(xué)價值，需要我們進一步挖掘和探索。（（編輯/高緯時）