沒想到啊，月球上竟然真的存在“迷你水庫”！

早前NASA提出月表水循環(huán)猜想的時候，因?yàn)樽约?次登月行為都沒有找到月表儲水層，所以假設(shè)一直得不到實(shí)證，沒想到如今卻被我國搶先展示了這一研究成果！

月表水循環(huán)的示意圖

2023年3月27日，《自然.地球科學(xué)》雜志上一篇中國相關(guān)專家發(fā)布的科研論文稱，月球上可能存在一種儲水物質(zhì)，且根據(jù)推算，這種物質(zhì)能證明月壤中大概能儲有約2700億噸水。

這顯然是一個突破性的科研成果！

發(fā)布在《自然.地球科學(xué)》雜志上的相關(guān)研究報告

當(dāng)然，這個成果的來源，還要?dú)w功于嫦娥五號帶回來的月球樣本。

嫦娥五號是我國登陸月球取樣的首個無人探測器，它于2020年11月24日被長征五號送入軌道，12月17號，嫦娥五號就成功完成樣本采集任務(wù)回到了家。

在我國登月技術(shù)還不發(fā)達(dá)的時候，我們想研究月球資源，只能從美國從前登月回來送給我們的1克樣本上努力，限制非常大。這次，嫦娥五號大手筆地從月球帶回了1731克土壤樣本，我國的科研終于可以大顯身手了。

嫦娥五號帶回的月壤（博物館可供展示的樣品）

月球的水在哪？

其實(shí)在早期對月球的研究中，很多科學(xué)家都不認(rèn)為月球表面有水，因?yàn)樵虑蛏系沫h(huán)境實(shí)在太差了，它地表中產(chǎn)生的氣體少到可以忽略不計(jì)，根本形不成大氣層。

沒有大氣層的保護(hù)，太陽照射時月球時，地表的溫度能高到120度，什么水都無法在這個環(huán)境中保存下來。

但此次研究顯示，月球表面有種特殊的物質(zhì)能保存水，科學(xué)家稱它為撞擊玻璃珠。

“嫦娥五號”月壤撞擊玻璃珠樣本

撞擊玻璃珠顧名思義，是某種物體撞擊月球后，形成的玻璃狀結(jié)晶。研究證明，正是它們將月球的水鎖在了體內(nèi)。

月球表面的無數(shù)坑洼表明，它的成長過程中曾遭受過很多隕石和小行星的撞擊，月球表面的土壤和巖石，在高速撞擊的瞬間被高溫和高壓融化，熔體受力的作用濺射出來后形成液滴，再經(jīng)過一段時間的冷卻，就有了撞擊玻璃珠。但是這些玻璃珠，NASA此前并沒有發(fā)現(xiàn)。

撞擊玻璃珠的形成以及參與月表水循環(huán)模式圖

早前NASA在月球表面探測后，認(rèn)為只有在月球的永久陰影區(qū)中才可能有水。這些陰影區(qū)在月球的極地，溫度長期處于零下170度左右的狀態(tài)，因此這里的水應(yīng)該也是冰凍狀態(tài)。除此之外，在月球其他地方找到水的可能性非常小。

而這次嫦娥五號帶回的樣本，毫不客氣地打了NASA的臉。

據(jù)悉，在研究中，相關(guān)人員分析了32個樣本后，估計(jì)一個玻璃珠中的含水量是樣本個體的0.05%。而月球表面的土壤最厚處有12米，按取樣玻璃珠數(shù)量的比例推算，月壤里的儲水量能達(dá)約2700億噸。

嫦娥五號撞擊玻璃珠水含量和氫同位素剖面

既如此，有水的問題實(shí)錘了，但新的問題也來了，月球環(huán)境那么惡劣，這些水又是怎樣形成的呢？

月球的水是怎樣形成的

關(guān)于星體上水的形成方式有幾種說法，一是“娘胎里”自帶，意思是星體在形成時期，組成它本身的物質(zhì)里含有水，這些水要么以氣態(tài)的形式漂浮在表面大氣層中，要么被高壓擠到了地表下。

二是被小行星撞出來的。比如一個星體本身沒有水，被含水的小行星撞擊后，留在地表的隕石給它帶來了水。

小行星撞擊星球，隕石帶來了水資源

三是被太陽風(fēng)吹出來的。

太陽風(fēng)是超音速的帶電粒子流，它刮起來很猛，比地球上最強(qiáng)烈的臺風(fēng)還猛上萬倍。如此猛烈的太陽風(fēng)連續(xù)不斷地“襲擊”月球表面，在月球上物質(zhì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，便很有可能形成水分子，落在土壤里，再被鎖在玻璃珠內(nèi)。

對于這三種成水原因，我國的科學(xué)家顯然更傾向于第三種。

嫦娥五號月壤揭示太陽風(fēng)為月球帶來可利用的水

中科院對該觀點(diǎn)的研究結(jié)果早在2022年12月就發(fā)表在了《美國國家科學(xué)院院刊》上，楊林挺博士還專門對月球水做了解釋。

他表示，月球的水不是傳統(tǒng)意義上的液態(tài)水，而是結(jié)構(gòu)水，又稱化合水，是以各種化學(xué)形式，如水合氫離子、氫氧根、氫離子等保存在化合物里的水。

像高嶺石、滑石中就有含結(jié)構(gòu)水的礦物質(zhì)。只要加熱到一定程度，這些結(jié)構(gòu)水是可以轉(zhuǎn)化為液態(tài)水的。

水的主要成分是氫元素，所以在研究水的時候，通常以氫的含量多少來表示有多少水。

而月球表面的巖石中有大量的輝石、橄欖石等，這些都是包含氫元素的物質(zhì)，且它們的表層都有厚度在60到85納米被太陽風(fēng)刮傷的痕跡。

月表大量巖石上都有被太陽風(fēng)刮傷的痕跡

此外，科研人員還對撞機(jī)玻璃珠里的氫同位素做了檢測，發(fā)現(xiàn)跟太陽風(fēng)的氫同位素是一樣的。

這些研究結(jié)果明顯都能證明，月球上的水與太陽風(fēng)有關(guān)。

月球存在了幾十億年，經(jīng)過小行星的多次撞擊，形成了玻璃珠，源源不斷的太陽風(fēng)再將氫離子注入玻璃珠，便讓月球土壤中有了大量的水。

嫦娥五號月壤中撞擊玻璃珠水含量與氫同位素的負(fù)相關(guān)性

此外，楊林挺博士還表示，目前推算出來的這2700億噸水只是月球儲水的一部分，再算上月球兩極儲存的冰凍水，月球的整體儲水量其實(shí)多到人們無法想象。而這么大的儲水量，也讓將來宇航員登月后就地取水的可能性成為了現(xiàn)實(shí)。

常駐月球的前景

此前中國有個太空計(jì)劃，是2028年建立月球基地，屆時可以直接通過撞擊玻璃珠提取出水。當(dāng)然，具體如何利用玻璃珠提供淡水，還有待具體研究。

隨著人類探月能力的提升，也許不久后還會在月球中發(fā)現(xiàn)其他形式的水儲備，或者，在類似月球的無大氣層星體上發(fā)現(xiàn)水，并進(jìn)一步研究這些水的來源，以及如何將它們遷移保存等方式。

人類將來可能會在月球上找到取水的方法

那么，月球有這么多含水的撞擊玻璃珠，為啥美國六次探索都沒找到呢？

對此我國的科研人員表示，是因?yàn)樘綔y的位置不同導(dǎo)致的。美國的阿波羅號采樣維度和嫦娥五號不同，阿波羅去的都是月球的低緯度地區(qū)，嫦娥五號是在高緯度地區(qū)采的樣。

嫦娥五號在月球北緯43.06度的地方著陸，比阿波羅號的著陸地點(diǎn)高的多，月球的高緯度地區(qū)因?yàn)闇囟鹊?，土壤中的氫元素含量更多、保存的更好?/p>

嫦娥五號的著陸點(diǎn)緯度比阿波羅號更高

還有一點(diǎn)是，嫦娥五號著陸的地方，巖石年齡要年輕一些，大概在20億年左右，而阿波羅去的地方非常古老，巖石年齡在30多到40多億年間。

研究人員還根據(jù)此次取樣結(jié)果，建了個模型計(jì)算太陽風(fēng)襲擊和土壤含水量的比例。結(jié)果顯示，月球高緯度地區(qū)土壤顆粒中，直徑2微米的顆粒含水量能達(dá)2%。

如果將這些顆粒進(jìn)行篩選，再做加熱處理，很容易利用起來。不過跟撞擊玻璃珠比，還是玻璃珠里的含水量更豐富，一噸玻璃珠樣品能提取2公斤水。

月球撞擊玻璃珠里的儲水量要更多一點(diǎn)

當(dāng)然，無論是從撞擊玻璃珠，還是從微粒中取水，這些研究結(jié)果都對將來人類開發(fā)月球水資源提供了重要的理論支持，也讓我國的月球計(jì)劃實(shí)現(xiàn)又進(jìn)了一步。

那么，你好奇我國將來的月球基地長什么樣嗎？

參考資料：

【1】He, H., Ji, J., Zhang, Y.A solar wind-derived water reservoir on the Moon hosted by impact glass beads.(2023). https://doi.org/10.1038/s41561-023-01159-6

【2】《1噸玻璃珠含1斤水 科學(xué)家發(fā)現(xiàn)月球“迷你水庫”》中國科學(xué)報