月球中的水從哪裏來？怎麼用？_風聞

編者按：

水在月球的形成和演化過程中起着重要作用，也是人類在月面活動的潛在可利用資源。近期，中國科學院地質與地球物理研究所對嫦娥五號月壤進行研究分析，揭示了月壤中的水從哪裏來、又該如何用。研究成果發表於《科學通報》（Science Bulletin）。

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月球上的水來源廣泛

在過去幾十年的探測中，科學家通過實驗室的月壤樣品分析以及衞星遙感觀測，發現了月球上水的痕跡。

在之前的研究中，中國科學院地質與地球物理研究所行星科學研究團隊從嫦娥五號着陸器在月表採樣時現場獲取的原位光譜中提取出了羥基/水分子的信號，第一次提供了月壤中存在水的月表原位證據（Lin et al., Science Advances, 2022），也進一步證明了月壤中是存在水的。

▲嫦娥五號月壤採集區域

那麼月壤中的水來自何處？此前，已有研究通過測量有限數量的月壤顆粒的氫同位素，證實月壤中的水有多個來源，包括月球內部、太陽風注入和小行星/彗星撞擊等，這增加了月球水源問題的複雜性。如何更具統計意義地表徵月壤水的主要來源，以更好地描述月面的真實情況，是一個待解決的問題。

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太陽風注入是主要來源

認識和理解月壤顆粒大小與含水量之間的關係，將有助於區分月壤中水的不同來源。

月球暴露在空間當中，高速的太陽風粒子能夠直接轟擊月壤，進入到月壤顆粒的最表層，其中氫離子可以與礦物中的氧發生反應形成羥基/水分子，且該反應在所有大小的月壤顆粒中注入深度一致（約200納米）。不過，細顆粒的月壤比表面積比粗顆粒更大，“吸水性”更強，這就導致太陽風注入時，月壤顆粒含水層在細顆粒中佔的比例更大。

而來自月球本身或彗星的水則會充滿整個月壤顆粒，含水層在細顆粒和粗顆粒月壤中的佔比一致，與表面積無關。

因此，通過比較嫦娥五號月壤細顆粒和粗顆粒部分的含水量，可以指示月壤中水的主要來源。

研究團隊利用與嫦娥五號着陸器上相同的光譜儀，在隔絕大氣環境的手套箱裏對大量的嫦娥五號月壤進行了分粒度測量，來確定不同粒度月壤中水的含量。

▲嫦娥五號採樣區和返回樣品

結果表明，月壤細顆粒部分的水含量更高，表現出強烈的表面相關性，這指示太陽風注入是月表水的主要來源。這一發現為月壤中水的主要來源提供了統計證據。與此同時，實驗室、月表原位和衞星遙感光譜的月壤水測量結果非常一致，説明該研究的結論能夠很好地代表月面的真實情況。

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月球上的水怎麼有效使用？

水是目前月球上最有可能首先被利用起來的資源，其原位利用可以為人類月面活動和支撐人類走向更遠的深空提供支持。

在月球上，水主要有兩種儲存狀態：月壤顆粒中的羥基/水分子和極區的水冰。目前，月球極區永久陰影區的水冰是人們關注的焦點，而月球中低緯地區則不存在水冰，但人類又面臨着在中低緯建站的需求，因此，如何利用儲存在月壤顆粒中的水是一個重要課題。

科研人員認為，由於細顆粒月壤中水含量更高，在月球中低緯度建站時，篩選月壤最細的部分提取水可能是效率更高的一種方式。

該研究通過對大量嫦娥五號月壤樣品的實驗室光譜分析，結合月表原位光譜測量結果，在統計意義上證明了月壤中的水主要來源於太陽風氫元素的注入，使得細顆粒的月壤水含量更高，這一發現為設計中低緯度月壤水的利用方式提供了重要參考。

來源：中國科學院地質與地球物理研究所