月球中的水从哪里来？怎么用？

编者按：

水在月球的形成和演化过程中起着重要作用，也是人类在月面活动的潜在可利用资源。近期，中国科学院地质与地球物理研究所对嫦娥五号月壤进行研究分析，揭示了月壤中的水从哪里来、又该如何用。研究成果发表于《科学通报》（Science Bulletin）。

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月球上的水来源广泛

在过去几十年的探测中，科学家通过实验室的月壤样品分析以及卫星遥感观测，发现了月球上水的痕迹。

在之前的研究中，中国科学院地质与地球物理研究所行星科学研究团队从嫦娥五号着陆器在月表采样时现场获取的原位光谱中提取出了羟基/水分子的信号，第一次提供了月壤中存在水的月表原位证据（Lin et al., Science Advances, 2022），也进一步证明了月壤中是存在水的。

▲嫦娥五号月壤采集区域

那么月壤中的水来自何处？此前，已有研究通过测量有限数量的月壤颗粒的氢同位素，证实月壤中的水有多个来源，包括月球内部、太阳风注入和小行星/彗星撞击等，这增加了月球水源问题的复杂性。如何更具统计意义地表征月壤水的主要来源，以更好地描述月面的真实情况，是一个待解决的问题。

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太阳风注入是主要来源

认识和理解月壤颗粒大小与含水量之间的关系，将有助于区分月壤中水的不同来源。

月球暴露在空间当中，高速的太阳风粒子能够直接轰击月壤，进入到月壤颗粒的最表层，其中氢离子可以与矿物中的氧发生反应形成羟基/水分子，且该反应在所有大小的月壤颗粒中注入深度一致（约200纳米）。不过，细颗粒的月壤比表面积比粗颗粒更大，“吸水性”更强，这就导致太阳风注入时，月壤颗粒含水层在细颗粒中占的比例更大。

而来自月球本身或彗星的水则会充满整个月壤颗粒，含水层在细颗粒和粗颗粒月壤中的占比一致，与表面积无关。

因此，通过比较嫦娥五号月壤细颗粒和粗颗粒部分的含水量，可以指示月壤中水的主要来源。

研究团队利用与嫦娥五号着陆器上相同的光谱仪，在隔绝大气环境的手套箱里对大量的嫦娥五号月壤进行了分粒度测量，来确定不同粒度月壤中水的含量。

▲嫦娥五号采样区和返回样品

结果表明，月壤细颗粒部分的水含量更高，表现出强烈的表面相关性，这指示太阳风注入是月表水的主要来源。这一发现为月壤中水的主要来源提供了统计证据。与此同时，实验室、月表原位和卫星遥感光谱的月壤水测量结果非常一致，说明该研究的结论能够很好地代表月面的真实情况。

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月球上的水怎么有效使用？

水是目前月球上最有可能首先被利用起来的资源，其原位利用可以为人类月面活动和支撑人类走向更远的深空提供支持。

在月球上，水主要有两种储存状态：月壤颗粒中的羟基/水分子和极区的水冰。目前，月球极区永久阴影区的水冰是人们关注的焦点，而月球中低纬地区则不存在水冰，但人类又面临着在中低纬建站的需求，因此，如何利用储存在月壤颗粒中的水是一个重要课题。

科研人员认为，由于细颗粒月壤中水含量更高，在月球中低纬度建站时，筛选月壤最细的部分提取水可能是效率更高的一种方式。

该研究通过对大量嫦娥五号月壤样品的实验室光谱分析，结合月表原位光谱测量结果，在统计意义上证明了月壤中的水主要来源于太阳风氢元素的注入，使得细颗粒的月壤水含量更高，这一发现为设计中低纬度月壤水的利用方式提供了重要参考。

来源：中国科学院地质与地球物理研究所