2024 年6 月25 日，“嫦娥六號(hào)”從月球背面采樣歸來(lái)，帶回了世界首批月球背面的月壤樣品，共計(jì)1 935.3 克。更令人驚喜的是，我國(guó)“嫦娥五號(hào)”月壤研究最近又有新發(fā)現(xiàn)，科研團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)3 年的深入研究，在“嫦娥五號(hào)”月壤樣品中發(fā)現(xiàn)了一種富含水分子和銨的棱柱形板狀透明晶體——ULM-1。

提供有水新證據(jù)

由于月球幾乎沒(méi)有大氣層對(duì)太陽(yáng)輻射的屏蔽作用，當(dāng)太陽(yáng)照射到月球表面時(shí)，溫度可以升至120℃。在這樣的高溫環(huán)境下，任何液態(tài)水都會(huì)蒸發(fā)殆盡。所以，人們通常認(rèn)為月球上是不可能存在液態(tài)水的。

我國(guó)科學(xué)家這次找到的“水”并不是我們平時(shí)見(jiàn)到的“水”，而是光譜儀所探測(cè)到的“水”，指的是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?？蒲腥藛T運(yùn)用多種儀器、手段分析了ULM-1 的化學(xué)成分，發(fā)現(xiàn)水和銨在這種礦物中以一種水合物的形式出現(xiàn)，含有多達(dá)6 個(gè)結(jié)晶水，水分子在樣品中的質(zhì)量比高達(dá)41%，而且清晰地觀察到了源于水分子和銨的特征，甚至還清晰地看到水分子中的氫。這種含水分子的礦物在之前獲取的月壤樣品中從未發(fā)現(xiàn)過(guò)，為月球上存在水提供了新的證據(jù)。

為了確保這一發(fā)現(xiàn)的準(zhǔn)確性，科研人員還進(jìn)行了嚴(yán)格的化學(xué)和氯同位素分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該礦物的氯同位素組成和地球礦物顯著不同，與月球上的礦物相符，進(jìn)一步排除了地球污染或火箭尾氣作為這種水合物的來(lái)源，確定這種礦物是真正的“月球水”。水合礦物的發(fā)現(xiàn)證明，在月球上，水分子可能存在水合鹽這種形式。

名副其實(shí)的“蓄水池”

水是建設(shè)月球科研站及未來(lái)開(kāi)展月球旅行、保障人類生存的關(guān)鍵資源。探尋水資源是月球探測(cè)的首要任務(wù)之一。

由于月球是一個(gè)高真空的環(huán)境，即便有自然存在的水，揮發(fā)也非?？?，所以月球處于非常缺水的狀態(tài)。因此，想在月球上直接獲得水，難度非常大。

但經(jīng)過(guò)深入研究和反復(fù)驗(yàn)證，科研人員發(fā)現(xiàn)，月壤礦物由于太陽(yáng)風(fēng)億萬(wàn)年的輻照，儲(chǔ)存了大量氫，在加熱至高溫后，會(huì)與礦物中的鐵氧化物發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成單質(zhì)鐵和大量水。當(dāng)溫度升高至1 000℃以上時(shí)，月壤將會(huì)熔化，反應(yīng)生成的水將以水蒸氣的方式釋放出來(lái)。

經(jīng)過(guò)多種實(shí)驗(yàn)技術(shù)分析，研究團(tuán)隊(duì)確認(rèn)，1 克月壤中可以產(chǎn)生51～76 毫克水。以此計(jì)算，1 噸月壤將可以產(chǎn)生51～76 千克水，相當(dāng)于100 多瓶500毫升的瓶裝水，基本可以滿足50 人一天的飲水量。

科研團(tuán)隊(duì)通過(guò)對(duì)不同月球礦物的進(jìn)一步研究，還發(fā)現(xiàn)月壤鈦鐵礦被加熱后，可以同步生成大量單質(zhì)鐵和水蒸氣氣泡，是名副其實(shí)的月球“蓄水池”。這種利用月壤原位制備水的方法，所用的能源并不需要從地球上專門運(yùn)過(guò)去，靠太陽(yáng)能即可滿足要求，整個(gè)過(guò)程的產(chǎn)物也只有鐵、水和一些氧化物，所以既簡(jiǎn)便可行，又清潔環(huán)保。

在月球上生產(chǎn)水

那么，月球上的水從何而來(lái)？科研人員在進(jìn)行了廣泛的實(shí)驗(yàn)室研究和遙感探測(cè)之后，提出月球上水的主要來(lái)源——

一是太陽(yáng)風(fēng)。它是由太陽(yáng)上的等離子體和高能粒子組成的帶電粒子流，不斷從太陽(yáng)表面噴出并向外傳播。太陽(yáng)風(fēng)中的氫離子與月球表面的氧結(jié)合，形成了水分子或羥基。作為高能帶電粒子，這些氫離子可以穿透月球表面并進(jìn)入月球內(nèi)部，與月球內(nèi)部物質(zhì)中的氧結(jié)合，形成水分子。這種方法同樣可以用于月球人工“造”水。

二是隕石撞擊。許多小行星和彗星會(huì)撞擊月球，可能會(huì)帶來(lái)水和其他揮發(fā)性物質(zhì)。另外，隕石撞擊月球表面時(shí)產(chǎn)生的上千攝氏度的高溫，足以熔化周圍的月壤，冷卻后形成含有水的玻璃狀物質(zhì)。來(lái)自“嫦娥五號(hào)”的另一項(xiàng)研究表明，月球上存有封存著水的玻璃珠，就是小天體、微隕石撞擊月球的結(jié)果。

三是月球“本地水”。有科學(xué)家認(rèn)為，月球形成于45 億年前，當(dāng)時(shí)可能就已經(jīng)存在水了?？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)，月球的火山口湖結(jié)構(gòu)上存在水的痕跡，而月球的火山口湖結(jié)構(gòu)可能源自形成時(shí)的火山活動(dòng)?，F(xiàn)在，月球內(nèi)部可能也含有水，這些水通過(guò)火山活動(dòng)等方式釋放到月球表面。我國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)的ULM-1 中含的水，更有可能是月球的“本地水”。由于熱穩(wěn)定性更強(qiáng)，再加上其高緯度位置，這種六水合物可能有助于在陽(yáng)光照射的月球上長(zhǎng)時(shí)間地保存分子水。

基于多項(xiàng)研究結(jié)果，科研團(tuán)隊(duì)提出一種具有可行性的月球水資源原位開(kāi)采與利用策略——首先通過(guò)凹面鏡或菲涅爾透鏡聚焦太陽(yáng)光加熱月壤至熔融。加熱過(guò)程中，月壤將會(huì)與太陽(yáng)風(fēng)中注入的氫反應(yīng)，生成水、單質(zhì)鐵和陶瓷玻璃。產(chǎn)生的水蒸氣被冷凝為液態(tài)水，收集并儲(chǔ)存在水箱中，可以滿足月球上人類與各種動(dòng)植物的用水需要。

通過(guò)電分解水，可以產(chǎn)生氧氣和氫氣，氧氣可以供人類呼吸，氫氣可以作為能源使用。鐵可以用于制造永磁和軟磁材料，為電力電子器件提供原材料，也可用作建筑材料。熔融的月壤也可以用來(lái)制造具有榫卯結(jié)構(gòu)的磚塊，用于建造月球基地建筑。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)，科學(xué)家已經(jīng)掌握了利用月壤原位制備水的方法。那么，什么時(shí)候才能真正實(shí)現(xiàn)在月球上生產(chǎn)水呢？可能最快在2030 年之前。通過(guò)“嫦娥八號(hào)”，把一個(gè)驗(yàn)證性的科研裝置發(fā)射到月球上去做一些實(shí)驗(yàn)。目前，科研團(tuán)隊(duì)正在對(duì)驗(yàn)證方案和裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)和研發(fā)。如果能在月球上成功制備出大量的水，將為未來(lái)的月球和深空探索活動(dòng)提供多方面的支撐。

（責(zé)任編輯：陸艷）