這是太陽(yáng)風(fēng)氫的注入、保存與擴(kuò)散丟失模型圖（2022年11月23日繪制）。新華社發(fā)（中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所供圖）

(相關(guān)資料圖)

中國(guó)科學(xué)家對(duì)嫦娥五號(hào)樣品的最新研究顯示，月表中緯度區(qū)域太陽(yáng)風(fēng)在月壤顆粒表層中注入的水比以往認(rèn)為的更多，而月球高緯度區(qū)域可能含有大量具有利用價(jià)值的水資源。

科學(xué)家認(rèn)為，太陽(yáng)風(fēng)、火山噴發(fā)、小行星和彗星都有可能是月表上水的重要來(lái)源。但是月表上的水具體是怎么來(lái)的？如何保存下來(lái)？月壤中水含量有多少？月壤中的水在空間上如何分布？這些問(wèn)題尚無(wú)明確答案。

圍繞這些重要科學(xué)問(wèn)題，中科院國(guó)家空間科學(xué)中心和地質(zhì)與地球物理研究所聯(lián)合團(tuán)隊(duì)對(duì)嫦娥五號(hào)月壤樣品開(kāi)展了實(shí)驗(yàn)研究，其最新成果13日發(fā)表在國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》上。

領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的地質(zhì)與地球物理研究所研究員林楊挺介紹，這里所說(shuō)的水不是通常意義的水，而是存在于礦物中的結(jié)構(gòu)水。因?yàn)樗闹饕M成之一是氫，因此通常用氫含量來(lái)表達(dá)水含量。

這張示意圖顯示了來(lái)自太陽(yáng)表面的高速氫離子注入到月球表面并富集在月壤顆粒表層（2022年11月23日繪制）。新華社發(fā)（中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所供圖）

研究團(tuán)隊(duì)從兩份嫦娥五號(hào)月表樣品中選取了17個(gè)月壤顆粒，包括硅酸鹽礦物（橄欖石、輝石、長(zhǎng)石）和玻璃，利用在納米離子探針上最新研發(fā)的超高空間分辨的深度剖面分析技術(shù)，開(kāi)展了氫含量和同位素的實(shí)驗(yàn)分析。

分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，嫦娥五號(hào)月壤顆粒的最表層0.1微米中的水含量達(dá)到0.7%。研究人員通過(guò)氫與氘的比值分析證明，這些水都是由太陽(yáng)風(fēng)高速注入月球表面的。

“從太陽(yáng)發(fā)射出的氫離子平均速度達(dá)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(zhì)與地球物理所副研究員田恒次說(shuō)。

研究團(tuán)隊(duì)基于再加熱實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果，對(duì)不同溫度下月壤顆粒中氫的保存開(kāi)展了數(shù)值模擬，結(jié)果顯示太陽(yáng)風(fēng)成因水可在月表中、高緯度地區(qū)得到較好保存。

據(jù)介紹，此前美國(guó)阿波羅任務(wù)和蘇聯(lián)月球號(hào)任務(wù)采集的月球樣品均位于低緯度區(qū)域，科學(xué)家沒(méi)有樣品來(lái)研究緯度對(duì)月表水含量可能產(chǎn)生的影響。

嫦娥五號(hào)于2020年底成功采回1731克月壤樣品。嫦娥五號(hào)的著陸點(diǎn)位于北緯43.06度，高于阿波羅和月球號(hào)的9個(gè)著陸區(qū)。此外，嫦娥五號(hào)著陸區(qū)玄武巖的年齡更年輕，距今約20億年。

“如此年輕的中緯度區(qū)域的月壤樣品使我們有機(jī)會(huì)能對(duì)太陽(yáng)風(fēng)的演化、月表水注入和遷移等方面開(kāi)展研究。”論文共同第一作者、國(guó)家空間科學(xué)中心副研究員徐于晨說(shuō)。

研究團(tuán)隊(duì)結(jié)合嫦娥五號(hào)樣品的分析結(jié)果和美國(guó)阿波羅樣品的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，構(gòu)建了一個(gè)太陽(yáng)風(fēng)注入與加熱擴(kuò)散氫丟失的動(dòng)態(tài)平衡模型。該模型預(yù)測(cè)高緯度區(qū)域月壤顆粒表層含有更高的太陽(yáng)風(fēng)成因水，在顆粒最表層的0.1微米中最高可達(dá)8.5%的含量。如果將這些月壤進(jìn)行粒度分選，在直徑為2微米的細(xì)顆粒部分，水含量可達(dá)2%。

“這一發(fā)現(xiàn)對(duì)于未來(lái)月球水資源的利用具有重要意義。中國(guó)計(jì)劃在月球南極建科研站，我們的研究表明，月球南極區(qū)域的水含量可能比人們以往認(rèn)為的還要多，而且這些月壤中的水通過(guò)粒度分選和加熱，比較容易開(kāi)采利用。”林楊挺說(shuō)。

標(biāo)簽： 物理研究所 副研究員 第一作者