每經編(bian)輯｜張(zhang)錦河    

據央視新聞，記者今天（23日）從中國科學院物理研究所獲悉，中國科學院物理研究所/北京凝聚態物理國家研究中心研究員陳小龍、副研究員金士鋒、博士研究生郝木難等，聯合北京科技大學副教授郭中楠、天津大學工程師殷博昊、中國科學院青海鹽湖研究所研究員馬云麒、鄭州大學工程師鄧麗君等，在嫦娥五號帶回的月球樣本中，發現了月球上一種富含水分子和銨的未知礦物晶體——ULM-1。這標志著科學家首次在月壤中發現了分子水，揭示了水分子和銨在月球上的真實存在形式。該研究成果近(jin)日(ri)在學術期(qi)刊(kan)《自然-天(tian)文(wen)學》（Nature Astronomy）在線發表。

月球上是否存在水，對于月球演化研究和資源開發至關重要。對1969年至1972年采集的阿波羅樣品的研究表明，月壤中未發現任何含水礦物。此后，月球不含水成為月球科學的基本假設，這對認識月球火山演化、月地起源等問題產生了重要影響。1994年，研究人員通過克萊門汀探測器對月球兩極進行觀測，提出極區永久陰影區的月壤中可能存在水冰。2009年，月船一號搭載的月球礦物繪圖光譜儀發現，月球表面存在太陽風導致的羥基和/或水分子信號。同年，月球觀測和傳感衛星以2.5公里/秒的速度撞擊了月球永久陰影區，而對撞擊塵埃的遙感測量顯示了水的信號。近年來，遙感數據表明月球光照區有水分子存在的跡象。針對當年采集的阿波羅月球樣品，科學家運用高靈敏度的表征技術，在部分玻璃和礦物中發現了百萬分之一量級的“水”（H⁺、OH^-或H₂O），但沒有水(shui)分子存(cun)在的確鑿證據。

富含(han)水分子和(he)(he)銨的未知礦(kuang)物晶體——ULM-1和(he)(he)成(cheng)分組成(cheng)

我國嫦娥5號采集的月壤樣品屬于最年輕的玄武巖，是迄今為止緯度最高的月球樣品，為月球水的研究提供了新機遇。我國科研人員開展的這項研究基于單晶衍射和化學分析發現，這些月球水和銨以一種成分為（NH₄,K,Cs,Rb）MgCl₃·6H₂O的(de)(de)水(shui)合礦(kuang)物(wu)形式(shi)(shi)出現。該(gai)礦(kuang)物(wu)分(fen)子式(shi)(shi)中含(han)有多達六個結晶(jing)水(shui)，水(shui)分(fen)子在樣品中的(de)(de)質(zhi)量比高達41%。紅外光(guang)譜和拉曼光(guang)譜上(shang)均可以(yi)清(qing)晰(xi)地觀察到源于(yu)水(shui)分(fen)子和銨的(de)(de)特征振動峰。晶(jing)體(ti)(ti)的(de)(de)電荷密度可以(yi)清(qing)晰(xi)地看到水(shui)分(fen)子中的(de)(de)氫。ULM-1的(de)(de)晶(jing)體(ti)(ti)結構和組(zu)成與地球上(shang)近年(nian)來(lai)發現的(de)(de)一種稀有火(huo)山(shan)口(kou)礦(kuang)物(wu)相似。地球上(shang)，該(gai)礦(kuang)物(wu)是由熱玄武巖(yan)與富含(han)水(shui)和氨的(de)(de)火(huo)山(shan)氣體(ti)(ti)相互作(zuo)用(yong)形成。這為月(yue)球上(shang)的(de)(de)水(shui)和氨的(de)(de)來(lai)源提供了新線(xian)索。

為(wei)了(le)(le)(le)確保這(zhe)一(yi)發現的(de)(de)準確性(xing)，該(gai)研究(jiu)進(jin)行了(le)(le)(le)嚴格的(de)(de)化(hua)學(xue)和氯同位(wei)素(su)分(fen)析(xi)(xi)。納米二次離(li)子質譜數據表明，該(gai)礦物(wu)(wu)的(de)(de)Cl同位(wei)素(su)組成(cheng)(cheng)和地(di)球(qiu)(qiu)礦物(wu)(wu)顯著不同，與月(yue)(yue)球(qiu)(qiu)上的(de)(de)礦物(wu)(wu)相符。研究(jiu)人員對(dui)該(gai)礦物(wu)(wu)化(hua)學(xue)成(cheng)(cheng)分(fen)和形成(cheng)(cheng)條件進(jin)行分(fen)析(xi)(xi)，進(jin)一(yi)步排除了(le)(le)(le)地(di)球(qiu)(qiu)污染或(huo)火(huo)箭(jian)尾氣(qi)作為(wei)這(zhe)種水合物(wu)(wu)的(de)(de)來源(yuan)。該(gai)六(liu)水礦物(wu)(wu)的(de)(de)存在為(wei)月(yue)(yue)球(qiu)(qiu)火(huo)山氣(qi)體的(de)(de)組成(cheng)(cheng)給(gei)出了(le)(le)(le)重要的(de)(de)約束。熱力學(xue)分(fen)析(xi)(xi)顯示，當(dang)時(shi)月(yue)(yue)球(qiu)(qiu)火(huo)山氣(qi)體中水的(de)(de)含量下限(xian)與目前地(di)球(qiu)(qiu)中最為(wei)干燥的(de)(de)倫蓋火(huo)山相當(dang)。這(zhe)揭(jie)示了(le)(le)(le)復雜的(de)(de)月(yue)(yue)球(qiu)(qiu)火(huo)山脫氣(qi)歷史，對(dui)探討月(yue)(yue)球(qiu)(qiu)的(de)(de)演(yan)化(hua)過程具(ju)有重要意義。

這(zhe)種(zhong)(zhong)水(shui)(shui)(shui)合礦(kuang)物的(de)(de)(de)發(fa)現揭示了(le)月(yue)球上水(shui)(shui)(shui)分子可(ke)(ke)能(neng)(neng)存在的(de)(de)(de)一(yi)種(zhong)(zhong)形(xing)式——水(shui)(shui)(shui)合鹽(yan)。與易揮發(fa)的(de)(de)(de)水(shui)(shui)(shui)冰不同，這(zhe)種(zhong)(zhong)水(shui)(shui)(shui)合物在月(yue)球高維度地區(qu)(qu)（嫦娥5號采樣點）非(fei)常(chang)穩定(ding)。這(zhe)意(yi)味(wei)著，即使在廣闊的(de)(de)(de)月(yue)球陽光照射(she)區(qu)(qu)，也可(ke)(ke)能(neng)(neng)存在這(zhe)種(zhong)(zhong)穩定(ding)的(de)(de)(de)水(shui)(shui)(shui)合鹽(yan)。這(zhe)為未(wei)來月(yue)球資(zi)源的(de)(de)(de)開發(fa)和利用(yong)提供了(le)新的(de)(de)(de)可(ke)(ke)能(neng)(neng)性(xing)。

新華(hua)社此前報(bao)道，北京(jing)時(shi)間(jian)(jian)(jian)2022年6月15日，《自然通訊(xun)》（Nature Communications）在線發布我國(guo)嫦娥五號的(de)(de)一(yi)項重(zhong)要(yao)研(yan)(yan)究(jiu)(jiu)成果。中(zhong)國(guo)科學(xue)(xue)院(yuan)國(guo)家天文臺(tai)李春(chun)來(lai)、劉(liu)建(jian)軍(jun)研(yan)(yan)究(jiu)(jiu)員(yuan)和(he)上海技(ji)術物理研(yan)(yan)究(jiu)(jiu)所(suo)(suo)舒(shu)嶸(rong)研(yan)(yan)究(jiu)(jiu)員(yuan)領導(dao)的(de)(de)團隊(dui)，與中(zhong)科院(yuan)地(di)(di)質地(di)(di)球所(suo)(suo)、物理所(suo)(suo)、西安光(guang)機(ji)所(suo)(suo)、地(di)(di)球化學(xue)(xue)所(suo)(suo)，北京(jing)空(kong)間(jian)(jian)(jian)飛行(xing)器總(zong)體設計部、北京(jing)航天飛行(xing)控制(zhi)中(zhong)心、北京(jing)空(kong)間(jian)(jian)(jian)機(ji)電研(yan)(yan)究(jiu)(jiu)所(suo)(suo)等單位合作，在國(guo)際(ji)上首次聯(lian)合月球樣(yang)品的(de)(de)實(shi)驗(yan)室(shi)分析結(jie)果和(he)月表就位探測的(de)(de)光(guang)譜數(shu)據(ju)，檢驗(yan)了月球樣(yang)品中(zhong)水的(de)(de)有無、形式(shi)和(he)多少，回答了嫦娥五號著陸區(qu)水的(de)(de)分布特征和(he)來(lai)源問題，為遙感探測數(shu)據(ju)中(zhong)水的(de)(de)信號解譯和(he)估(gu)算提供(gong)了地(di)(di)面真值。

月(yue)球(qiu)(qiu)(qiu)有(you)(you)沒有(you)(you)水(shui)、有(you)(you)多(duo)少(shao)水(shui)、是什么形式的(de)(de)(de)水(shui)、水(shui)來自哪里(li)存在(zai)著(zhu)(zhu)很(hen)大的(de)(de)(de)爭議，一直是月(yue)球(qiu)(qiu)(qiu)科學的(de)(de)(de)研(yan)究熱點(dian)。在(zai)嫦娥(e)五號(hao)任(ren)務(wu)立(li)項論證之初，研(yan)究團隊提出將(jiang)著(zhu)(zhu)陸(lu)器(qi)上(shang)的(de)(de)(de)月(yue)球(qiu)(qiu)(qiu)礦物(wu)光(guang)譜(pu)分(fen)析儀光(guang)譜(pu)范圍拓(tuo)展到了(le)(le)3.2μm，并實現(xian)了(le)(le)國(guo)際上(shang)首次月(yue)表水(shui)光(guang)譜(pu)吸收特征的(de)(de)(de)就(jiu)位(wei)探(tan)(tan)測。為了(le)(le)避免(mian)發動機羽(yu)流(liu)和太陽(yang)風(feng)轟擊(ji)月(yue)表時(shi)(shi)的(de)(de)(de)動態(tai)“水(shui)”（羥基(ji)(ji)OH）給就(jiu)位(wei)光(guang)譜(pu)分(fen)析帶來的(de)(de)(de)影(ying)響，研(yan)究團隊對獲取(qu)就(jiu)位(wei)探(tan)(tan)測光(guang)譜(pu)數據(ju)的(de)(de)(de)時(shi)(shi)機進(jin)行(xing)了(le)(le)精心設計。探(tan)(tan)測時(shi)(shi)機選擇在(zai)著(zhu)(zhu)陸(lu)6小時(shi)(shi)后(hou)以(yi)避免(mian)CE-5探(tan)(tan)測器(qi)著(zhu)(zhu)陸(lu)時(shi)(shi)發動機羽(yu)流(liu)成分(fen)的(de)(de)(de)影(ying)響；探(tan)(tan)測時(shi)(shi)間選擇在(zai)月(yue)面(mian)溫度最高（約(yue)62~87攝氏(shi)度）的(de)(de)(de)（接近）正(zheng)(zheng)午，最大限度地(di)揮發了(le)(le)月(yue)表的(de)(de)(de)動態(tai)“水(shui)”；光(guang)譜(pu)測量時(shi)(shi)月(yue)球(qiu)(qiu)(qiu)（著(zhu)(zhu)陸(lu)區）正(zheng)(zheng)處(chu)于地(di)球(qiu)(qiu)(qiu)磁場的(de)(de)(de)保護中，屏蔽了(le)(le)太陽(yang)風(feng)，避免(mian)了(le)(le)太陽(yang)風(feng)轟擊(ji)產生(sheng)的(de)(de)(de)動態(tai)“水(shui)”（羥基(ji)(ji)OH）的(de)(de)(de)因素。在(zai)這種環境下嫦娥(e)五號(hao)光(guang)譜(pu)儀能(neng)夠(gou)獲得“干凈”的(de)(de)(de)“水(shui)”吸收光(guang)譜(pu)，經嚴(yan)格的(de)(de)(de)校正(zheng)(zheng)處(chu)理和分(fen)析，研(yan)究團隊發現(xian)嫦娥(e)五號(hao)著(zhu)(zhu)陸(lu)區月(yue)壤中明顯地(di)含有(you)(you)羥基(ji)(ji)形式的(de)(de)(de)“水(shui)”，但(dan)平(ping)均含量較低，僅(jin)約(yue)30ppm。

目前認為(wei)月(yue)(yue)球(qiu)(qiu)(qiu)“水(shui)(shui)”的(de)(de)(de)(de)(de)(de)來源主要(yao)有三種可能(neng)：一(yi)是(shi)(shi)太(tai)(tai)陽風(feng)粒(li)子與月(yue)(yue)表物(wu)(wu)質相互作(zuo)用產生的(de)(de)(de)(de)(de)(de)（動態）羥基(ji)(ji)物(wu)(wu)質；二(er)是(shi)(shi)撞擊月(yue)(yue)球(qiu)(qiu)(qiu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)彗星或隕石(shi)帶來的(de)(de)(de)(de)(de)(de)水(shui)(shui)和(he)含(han)(han)羥基(ji)(ji)物(wu)(wu)質；三是(shi)(shi)月(yue)(yue)球(qiu)(qiu)(qiu)原(yuan)(yuan)生（內部(bu)）水(shui)(shui)。月(yue)(yue)球(qiu)(qiu)(qiu)樣(yang)(yang)品(pin)(pin)(pin)返(fan)回地球(qiu)(qiu)(qiu)后，研究(jiu)團隊在(zai)實驗室(shi)對(dui)返(fan)回月(yue)(yue)球(qiu)(qiu)(qiu)樣(yang)(yang)品(pin)(pin)(pin)進行(xing)了(le)(le)系統分(fen)析，實驗室(shi)光譜分(fen)析再(zai)次(ci)驗證了(le)(le)羥基(ji)(ji)水(shui)(shui)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)明確存在(zai)，但“水(shui)(shui)”的(de)(de)(de)(de)(de)(de)存在(zai)形式、含(han)(han)量(liang)和(he)來源的(de)(de)(de)(de)(de)(de)研究(jiu)，需要(yao)詳細的(de)(de)(de)(de)(de)(de)礦物(wu)(wu)巖石(shi)學分(fen)析。阿波羅月(yue)(yue)球(qiu)(qiu)(qiu)樣(yang)(yang)品(pin)(pin)(pin)研究(jiu)認為(wei)，月(yue)(yue)壤中(zhong)(zhong)(zhong)（撞擊）膠(jiao)(jiao)(jiao)結(jie)玻璃(li)(li)包(bao)含(han)(han)了(le)(le)太(tai)(tai)陽風(feng)長(chang)期注入形成(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)羥基(ji)(ji)物(wu)(wu)質，膠(jiao)(jiao)(jiao)結(jie)玻璃(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)含(han)(han)量(liang)是(shi)(shi)影響月(yue)(yue)球(qiu)(qiu)(qiu)樣(yang)(yang)品(pin)(pin)(pin)中(zhong)(zhong)(zhong)“水(shui)(shui)”含(han)(han)量(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)重(zhong)要(yao)因(yin)素(su)。返(fan)回樣(yang)(yang)品(pin)(pin)(pin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)實驗室(shi)分(fen)析表明，嫦(chang)娥(e)五號月(yue)(yue)球(qiu)(qiu)(qiu)樣(yang)(yang)品(pin)(pin)(pin)是(shi)(shi)一(yi)類年輕玄武巖，膠(jiao)(jiao)(jiao)結(jie)玻璃(li)(li)含(han)(han)量(liang)很少（不(bu)足16%），僅(jin)為(wei)Apollo 11月(yue)(yue)球(qiu)(qiu)(qiu)樣(yang)(yang)品(pin)(pin)(pin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)1/3，由(you)此估算嫦(chang)娥(e)五號月(yue)(yue)壤樣(yang)(yang)品(pin)(pin)(pin)中(zhong)(zhong)(zhong)來自太(tai)(tai)陽風(feng)注入膠(jiao)(jiao)(jiao)結(jie)玻璃(li)(li)形成(cheng)(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)“水(shui)(shui)”不(bu)多(duo)于(yu)18ppm。同時，嫦(chang)娥(e)五號著(zhu)陸區月(yue)(yue)壤樣(yang)(yang)品(pin)(pin)(pin)中(zhong)(zhong)(zhong)外來撞擊濺射物(wu)(wu)非(fei)(fei)常(chang)低(di)，對(dui)“水(shui)(shui)”的(de)(de)(de)(de)(de)(de)貢(gong)獻(xian)可以忽略。因(yin)此嫦(chang)娥(e)五號月(yue)(yue)壤樣(yang)(yang)品(pin)(pin)(pin)中(zhong)(zhong)(zhong)肯定存在(zai)來源于(yu)月(yue)(yue)球(qiu)(qiu)(qiu)內部(bu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)原(yuan)(yuan)生水(shui)(shui)。對(dui)嫦(chang)娥(e)五號月(yue)(yue)球(qiu)(qiu)(qiu)樣(yang)(yang)品(pin)(pin)(pin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)實驗室(shi)分(fen)析，發現了(le)(le)至(zhi)少一(yi)種含(han)(han)水(shui)(shui)礦物(wu)(wu)——羥基(ji)(ji)磷灰石(shi)，其含(han)(han)量(liang)不(bu)均(jun)勻(yun)，折合樣(yang)(yang)品(pin)(pin)(pin)羥基(ji)(ji)水(shui)(shui)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)含(han)(han)量(liang)從0ppm到(dao)179ppm不(bu)等(deng)（平均(jun)約17ppm），證明了(le)(le)嫦(chang)娥(e)五號月(yue)(yue)壤樣(yang)(yang)品(pin)(pin)(pin)中(zhong)(zhong)(zhong)存在(zai)來自巖漿結(jie)晶過(guo)程的(de)(de)(de)(de)(de)(de)“水(shui)(shui)”，說(shuo)明“水(shui)(shui)”在(zai)月(yue)(yue)球(qiu)(qiu)(qiu)晚期巖漿活動過(guo)程中(zhong)(zhong)(zhong)不(bu)僅(jin)存在(zai)，而且可能(neng)起到(dao)了(le)(le)非(fei)(fei)常(chang)重(zhong)要(yao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)用。

每日經濟新(xin)聞綜(zong)合自(zi)央(yang)視新(xin)聞、新(xin)華社