嫦娥五號月壤揭示太陽風為月球帶來可利用的水

新華社北京12月13日電（記者喻菲、楊春雪）中國科學家對嫦娥五號樣品的最新研究顯示，月表中緯度區域太陽風在月壤顆粒表層中注入的水比以往認為的更多，而月球高緯度區域可能含有大量具有利用價值的水資源。

科學家認為，太陽風、火山噴發、小行星和彗星都有可能是月表上水的重要來源。但是月表上的水具體是怎麼來的？如何保存下來？月壤中水含量有多少？月壤中的水在空間上如何分佈？這些問題尚無明確答案。

圍繞這些重要科學問題，中科院國家空間科學中心和地質與地球物理研究所聯合團隊對嫦娥五號月壤樣品開展了實驗研究，其最新成果13日發表在國際權威學術期刊《美國國家科學院院刊》上。

領導這項研究的地質與地球物理研究所研究員林楊挺介紹，這裏所説的水不是通常意義的水，而是存在於礦物中的結構水。因為水的主要組成之一是氫，因此通常用氫含量來表達水含量。

研究團隊從兩份嫦娥五號月表樣品中選取了17個月壤顆粒，包括硅酸鹽礦物（橄欖石、輝石、長石）和玻璃，利用在納米離子探針上最新研發的超高空間分辨的深度剖面分析技術，開展了氫含量和同位素的實驗分析。

分析結果發現，嫦娥五號月壤顆粒的最表層0.1微米中的水含量達到0.7%。研究人員通過氫與氘的比值分析證明，這些水都是由太陽風高速注入月球表面的。

“從太陽發射出的氫離子平均速度達到每秒450公里，它們就像子彈一樣打入月壤顆粒的表層。”論文共同第一作者、地質與地球物理所副研究員田恆次説。

研究團隊基於再加熱實驗分析結果，對不同温度下月壤顆粒中氫的保存開展了數值模擬，結果顯示太陽風成因水可在月表中、高緯度地區得到較好保存。

據介紹，此前美國阿波羅任務和蘇聯月球號任務採集的月球樣品均位於低緯度區域，科學家沒有樣品來研究緯度對月表水含量可能產生的影響。

嫦娥五號於2020年底成功採回1731克月壤樣品。嫦娥五號的着陸點位於北緯43.06度，高於阿波羅和月球號的9個着陸區。此外，嫦娥五號着陸區玄武岩的年齡更年輕，距今約20億年。

“如此年輕的中緯度區域的月壤樣品使我們有機會能對太陽風的演化、月表水注入和遷移等方面開展研究。”論文共同第一作者、國家空間科學中心副研究員徐於晨説。

研究團隊結合嫦娥五號樣品的分析結果和美國阿波羅樣品的實驗數據，構建了一個太陽風注入與加熱擴散氫丟失的動態平衡模型。該模型預測高緯度區域月壤顆粒表層含有更高的太陽風成因水，在顆粒最表層的0.1微米中最高可達8.5%的含量。如果將這些月壤進行粒度分選，在直徑為2微米的細顆粒部分，水含量可達2%。

“這一發現對於未來月球水資源的利用具有重要意義。中國計劃在月球南極建科研站，我們的研究表明，月球南極區域的水含量可能比人們以往認為的還要多，而且這些月壤中的水通過粒度分選和加熱，比較容易開採利用。”林楊挺説。