嫦娥五号新发现!每1吨月壤中大约有120克水

月球上有水吗?1吨月壤中含有多少水?

基于嫦娥五号携带的“月球矿物光谱仪”探测的数据,中科院地质与地球物理研究所等单位的研究人员首次获得了月表原位条件下的水含量。他们发现,嫦娥五号采样区的水含量在120 ppm(百万分之一)以下,而从别的地方溅射到采样区的更古老岩石中的水含量约为180 ppm。这就相当于1吨月壤中大约有120克水,1吨岩石中大约有180克水。相关研究成果1月8日在线发表于《科学-进展》。

嫦娥五号采样区背景图和水含量。研究团队供图

需要说明的是,“光谱仪所探测到的‘水’是指矿物里的水分子或者羟基,在一定条件下才能转化为我们喝的水。”论文第一作者、中科院地质地球所副研究员林红磊解释道。

争论半个世纪

月球有水才等到“实锤”

月球上到底有没有水?这个问题不仅大众好奇,科学家也想知道答案。

早在1952年,美国化学家哈罗德·尤里大胆猜测月球上太阳永远无法照射到的洼地中可能存在像水一样的挥发性物质。



1969至1972年,美国阿波罗任务从月球采集了大量的样品并返回地球,终于让人们有机会直接测量月球上是否有水,但遗憾的是,月壤很干,宇航员留在月球表面探测大气的仪器也无法探测到水。这似乎让“月亮是干的”成为了一个事实。

然而,即使苏联科学家在1978年从“月球24号”任务采集的样品中测量到了微量水,但这一结果并没有被重视。

直到1994年“克莱门汀”任务实施前,对月球水的研究一直处在停滞阶段。

2009年,有了不一样的发现。印度“月船一号”搭载的月球矿物绘图光谱仪发现在月球上水随处可见,水含量随纬度的增加而增加。

“这一探测结果使科学家极为兴奋,这也许是很多人第一次意识到月球上有水。”林红磊说,这里的“水”是指水分子或者羟基。

此后,前往土星探测器“卡西尼号”、前往彗星的探测器“深度撞击号(Deep Impact)”、“月球观测和传感卫星(LCROSS)”等都用光谱仪的探测“实锤”月球上确实存在水。

总之,经过半个多世纪的争论和探测,各种“实锤”证据让人们相信了月球上是有水存在的,但仍然没有在月表原位进行过水的探测!

嫦娥五号探测器携带了月球矿物光谱分析仪,在采样过程中获取了月表的光谱。林红磊说,这些数据让我们第一次有机会在月表近距离、高分辨地探测水的信号。

和普遍意义上的液态水不同,光谱仪在月面探测到的“水”都藏在岩石中,水分子代表稍微加热就可以跑出来的“结合水”,羟基则代表需要较高温度才能析出的“结构水”。

月壤中的水绝大部分是太阳风的贡献

嫦娥五号光谱仪对采样区约2米见方的区域进行了光谱观测,观测对象除了月壤之外还有一块没有带回来的岩石。

数据分析结果表明,嫦娥五号采样区的水含量在120 ppm以下,而岩石中的水含量约为180 ppm。“相当于1吨月壤中大约有120克水,1吨岩石中大约有180克水。”林红磊解释道。

那么,这些水又是从哪里来的呢?

结合样品分析,月壤中的水绝大部分是太阳风的贡献。

论文通讯作者之一、地质地球所研究员林杨挺说,太阳风里有很多氢,轰到月面与月壤里的氧结合形成了羟基或者水分子。

和月壤中120ppm水含量相比,岩石中仍多出来60ppm的水,多出来的水又来自哪里?科研人员推测岩石是来自于比嫦娥五号着陆点本地玄武岩更古老的区域,多出来的水可能代表了月球内部水。“而月壤中的含水量较低,可能是嫦娥五号着陆区月幔较干或经历了大量脱气的过程,这与风暴洋地区长期的火山喷发是一致的。”林红磊说。

不久前,中科院地质地球所的科研团队在《自然》上同时发表三篇论文。其中一篇论文报道了基于纳米离子探针分析技术对月球内部水的探测结果,确定嫦娥五号着陆区月幔源区非常“干”,推测原因之一可能就是由于风暴洋地区长期的火山喷发造成强烈脱气的结果。



林红磊介绍,嫦娥五号是目前唯一一次既返回样品又获取到月表原位光谱的任务,样品能够详细分析水在月壤颗粒中的分布、存在形式,并可利用同位素示踪来源,而原位光谱可以与轨道遥感建立联系,能够研究月表水的全球性分布和时间变化特征。

月表水的分布可能与纬度高度相关,嫦娥五号是目前返回样品中纬度最高的,这对研究月表水的分布及来源具有重要意义。林杨挺表示,嫦娥六号、嫦娥七号未来将在原位和轨道尺度继续探测月表水的含量、分布,本研究成果也将为嫦娥六号、嫦娥七号的科学目标实现提供支撑。

来源: 科技日报



 

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