月球發(fā)現(xiàn)水源，為資源就地利用更好開展太空探索提供便利

李傳福

長久以來，月球被視為一片極度干燥的荒原?！霸虑蛏鲜欠翊嬖谒币恢笔强茖W(xué)界探究的熱點(diǎn)話題。美國阿波羅登月任務(wù)帶回的樣本在初步分析中僅顯示了極微量的水，而這些微量水被質(zhì)疑可能是來自地球的污染。

近年來，我國嫦娥五號任務(wù)采集的月壤樣品為中國科學(xué)家進(jìn)一步開展相關(guān)探索工作提供了條件。

近日，中國科學(xué)家在國際期刊《自然·天文學(xué)》在線發(fā)表論文指出，在嫦娥五號帶回的月球樣本中發(fā)現(xiàn)了一種含有分子水的礦物晶體。這一發(fā)現(xiàn)不僅首次證實(shí)了月壤中水分子的存在，還揭示了月球上水分子以分子水的形式存在。

在對月球表面探測中，作為一種關(guān)鍵技術(shù)儀器，月球礦物光譜儀通過測量月球表面反射的特定波長光的能量，來推斷月球表面是否存在“水”。需要說明的是，月球礦物光譜儀所探測到的“水”，是指礦物里的水分子或者羥基。此前的研究中，科學(xué)家獲得了月球表面原位條件下的“水”含量，1噸月壤中大約有120克“水”，然而難以區(qū)分這些“水”是水分子還是羥基。

在最新的研究中，科學(xué)家通過精確的單晶衍射和化學(xué)組分分析，在月球樣本中發(fā)現(xiàn)一種含水礦物，其結(jié)構(gòu)中包含6個水分子構(gòu)成的分子水，分子水在礦物樣本中的質(zhì)量占比高達(dá)41%。紅外和拉曼光譜技術(shù)清晰地揭示了分子水的吸收特征，而電荷密度分析則進(jìn)一步確認(rèn)了分子水中的氫原子。

這種含水礦物的晶體結(jié)構(gòu)與地球上一種罕見的火山口礦物相似，后者是由熱玄武巖與富含水和氨的火山氣體相互作用形成的，表明月球上的含水礦物可能與火山活動有著密切的聯(lián)系。為了驗(yàn)證上述發(fā)現(xiàn)的準(zhǔn)確性，研究人員對含水礦物的成分和形成條件進(jìn)行了深入分析，排除了地球污染或火箭尾氣作為分子水來源的可能性。

這次發(fā)現(xiàn)的含水礦物表明，月球上存在一種以水合鹽形式的分子水。與容易揮發(fā)的水冰不同，這種分子水在月球的高緯度地區(qū)非常穩(wěn)定，即使在陽光直射的區(qū)域也可能存在。

了解月球上的水儲量及其分布，對于規(guī)劃未來人類登月任務(wù)和其他太空探索計劃至關(guān)重要。水不僅是維持生命的關(guān)鍵資源，更為重要的是，可以轉(zhuǎn)化為液態(tài)氫和液態(tài)氧作為火箭燃料，這為月球成為太陽系深處或更遠(yuǎn)太空任務(wù)的燃料補(bǔ)給站提供了可能性。月球的低重力和真空環(huán)境為從月球發(fā)射火箭提供了天然優(yōu)勢，所需的燃料遠(yuǎn)少于地球，這使得月球資源的就地利用在太空探索中占據(jù)了核心地位。

隨著對這一發(fā)現(xiàn)的深入研究，我們有望揭開更多關(guān)于月球的秘密，包括分子水的來源、分布，以及如何在月球上有效利用這些資源，這不僅將推動科學(xué)的發(fā)展，也為人類在太空中的生存和探索提供新的機(jī)遇。

（作者系華中科技大學(xué)綠色能源工業(yè)研究中心工程師、英國皇家化學(xué)會會員）