近日，中科院地質(zhì)地球所行星科學(xué)團(tuán)隊(duì)在《科學(xué)進(jìn)展》上發(fā)表論文，研究結(jié)果顯示嫦娥五號(hào)探測(cè)器發(fā)現(xiàn)月壤、月巖中存在微量水，這是人類月球原位探測(cè)的重大發(fā)現(xiàn)，也讓月球上是否有水的爭(zhēng)議塵埃落定。那么，月球上的水來(lái)自哪里?是否可以為人類所用呢?

　　嫦娥五號(hào)采樣區(qū)背景圖和水含量

　　月球是否有水爭(zhēng)論多年

　　月球是距離地球最近的大型天體，古時(shí)候人類對(duì)月球有著美好的想象，編織出如夢(mèng)似幻的神話故事。然而，天文學(xué)家早就發(fā)現(xiàn)月球是一個(gè)沒有大氣，遍布隕石坑的“死星”。盡管如此，1952年氘的發(fā)現(xiàn)者、美國(guó)化學(xué)家哈羅德·尤里提出了月球上的永久陰影區(qū)可能存在水或類似的揮發(fā)性物質(zhì)。

　　雖然當(dāng)時(shí)人類沒有能力探測(cè)和驗(yàn)證這一推測(cè)，但上世紀(jì)60~70年代的美蘇探月和登月競(jìng)賽，為月球找水提供了可能。1969年，阿波羅11號(hào)載人飛船首次登月成功，但無(wú)論是月面儀器還是航天員帶回的樣品，都沒有發(fā)現(xiàn)月球有水的證據(jù)。一時(shí)間，月球是干燥無(wú)水的星球成為共識(shí)。

　　美國(guó)航天員在月球上展示國(guó)旗

　　這一時(shí)期，蘇聯(lián)通過(guò)“月球16號(hào)”“月球20號(hào)”和“月球24號(hào)”3次成功的取樣返回探測(cè)任務(wù)，采回了約300克月壤月巖樣品。蘇聯(lián)科研人員通過(guò)分析月壤樣品發(fā)現(xiàn)，月壤中存在微量的水。

　　事實(shí)上，“阿波羅”任務(wù)取回的樣品也有類似發(fā)現(xiàn)，但美蘇檢測(cè)到月壤中水的含量都很低，更重要的是，都無(wú)法排除月壤返回地面后接觸水蒸氣的可能性，也就導(dǎo)致不能肯定地宣布月球上有水存在。

　　“阿波羅”載人登月任務(wù)中取回的月球巖石樣本

　　隨著遙感技術(shù)的進(jìn)步，以及上世紀(jì)90年代月球探測(cè)的回潮，月球找水進(jìn)入新階段。1994年，美國(guó)科研人員通過(guò)克萊門汀探測(cè)器的雷達(dá)對(duì)月球兩極進(jìn)行了探測(cè)，發(fā)現(xiàn)疑似冰存在的證據(jù)。1998年，美國(guó)“月球勘探者號(hào)”通過(guò)伽馬射線儀和中子頻譜儀，探測(cè)到月球極區(qū)富含氫元素，為水的存在提供了旁證。

　　隨后，各國(guó)加大探測(cè)力度，美國(guó)月球勘測(cè)軌道飛行器用更靈敏的種子探測(cè)器和萊曼-α探測(cè)器，在月球南極環(huán)形山中探測(cè)到水和羥基信號(hào)。印度“月船一號(hào)”上的M3探測(cè)器也在月球極區(qū)發(fā)現(xiàn)了羥基信號(hào)。2009年，美國(guó)使用LCROSS探測(cè)器撞擊月球，攜帶的紅外和紫外分光計(jì)發(fā)現(xiàn)了水和羥基信號(hào)。然而，3微米的紅外波段不能區(qū)分水和羥基，無(wú)法作為不可辯駁的證據(jù)。

　　實(shí)際上，月球上的水不止存在于永久陰影區(qū)。2020年，美國(guó)宇航局宣布，SOFIA在2018年8月的飛行觀測(cè)中，發(fā)現(xiàn)月球南部克拉維烏斯環(huán)形山附近有6毫米紅外輻射。SOFIA是一個(gè)攜帶2.5米望遠(yuǎn)鏡的波音747飛機(jī)，而6毫米紅外光是水分子受熱振動(dòng)產(chǎn)生的，這個(gè)發(fā)現(xiàn)證明月球表面存在水分子而不僅是羥基。

　　SOFIA平臺(tái)發(fā)現(xiàn)月球存在水分子

　　SOFIA發(fā)現(xiàn)克拉維烏斯環(huán)形山附近的水濃度為100~400ppm，也就是每噸月壤含有100~400克水。不過(guò)，月球有水的最新證據(jù)，是來(lái)自 “嫦娥五號(hào)”。

　　月球克拉維烏斯環(huán)形山

　　美國(guó)找到月球有水的證據(jù)，不是來(lái)自SOFIA這個(gè)地球同溫層觀測(cè)平臺(tái)，就是月球軌道上的環(huán)繞器，而“嫦娥五號(hào)”軟著陸對(duì)月壤進(jìn)行原位探測(cè)，估算出了月壤含水約為120ppm，月巖含水量約180ppm，這是人類首次通過(guò)原位探測(cè)證明月球有水，算是實(shí)錘了月球有水存在的證據(jù)。

　　水的來(lái)源依舊存爭(zhēng)議

　　月面白天溫度最高可達(dá)160攝氏度，夜間最低能降到零下180攝氏度。在這樣嚴(yán)酷的環(huán)境下，液態(tài)水早就蒸發(fā)殆盡。那么，月球上的水到底來(lái)自哪里呢?

　　首先我們要知道，月球上并沒有直接發(fā)現(xiàn)游離的液態(tài)水或冰，甚至沒有發(fā)現(xiàn)主要成分是羥基的礦物，無(wú)論是遙感還是原位探測(cè)，月球上的水是通過(guò)水分子和羥基的紅外信號(hào)，折算出來(lái)的含水量，這些“水”很可能是月球礦物晶格中的結(jié)晶水和結(jié)構(gòu)水，或以其他詭異的狀態(tài)茍延殘喘。

　　更進(jìn)一步說(shuō)，月球表面的含水量是微乎其微的，月巖180ppm的含水量相當(dāng)于1噸月巖中只有180克水，這點(diǎn)水不要說(shuō)和大多數(shù)地球土壤相比，就是和干燥的沙漠對(duì)比都少得可憐。沙漠中沙子的含水量每噸一般在2公斤到十幾公斤，而月壤中的水不到地球沙漠含水量的1/10。

　　目前，科研人員對(duì)月球上水的來(lái)源提出了3種不同說(shuō)法：

　　第一種推測(cè)，月面的水是太陽(yáng)風(fēng)吹來(lái)的。太陽(yáng)風(fēng)不僅會(huì)吹走火星大氣，它也含有大量的氫，當(dāng)太陽(yáng)風(fēng)吹到月球表面時(shí)，太陽(yáng)風(fēng)中的氫和月壤礦物中的氧結(jié)合形成羥基甚至水分子，并在月壤中保存下來(lái)。科研人員認(rèn)為，月壤中大部分的水是太陽(yáng)風(fēng)吹來(lái)的。

　　第二種假說(shuō)，月面的水是彗星撞來(lái)的。來(lái)自外太陽(yáng)系的彗星含有大量的水冰，它們進(jìn)入內(nèi)太陽(yáng)系在陽(yáng)光照耀下?lián)]發(fā)，但也有些彗星撞擊到月球，帶來(lái)寶貴的水。彗星撞擊時(shí)絕大部分的水都蒸發(fā)逃逸不復(fù)存在，但也可能有一部分水滲入月壤，保存下來(lái)成為月壤中的水。

　　第三種猜測(cè)，月球巖石本身就含有水。固態(tài)星球礦物含水本就順理成章，以近期湯加火山大噴發(fā)為例，火山噴發(fā)的氣體中絕大多數(shù)都是水蒸氣?？蒲腥藛T在“阿波羅”取回的月球樣品中，發(fā)現(xiàn)部分礦物中含有極少的水，可以支持這個(gè)猜測(cè)，而嫦娥五號(hào)著陸器發(fā)現(xiàn)月巖含水量遠(yuǎn)高于月壤，尤其是它探測(cè)的那塊月巖，本身形成于月球深處，是隕石撞擊濺射出來(lái)的，這為月球水的內(nèi)生說(shuō)提供了有力證據(jù)。

　　航天員從月球上采集到的玄武巖

　　綜上所述，月球上的水既可能是太陽(yáng)風(fēng)吹來(lái)的，也可能是月球形成時(shí)巖漿本身就有的，還可能是彗星等深空天體撞擊帶來(lái)的。根據(jù)“嫦娥五號(hào)”的探測(cè)分析結(jié)果，月壤中的水絕大部分是太陽(yáng)風(fēng)貢獻(xiàn)的，而月巖的水多數(shù)應(yīng)該是巖漿凝固前就有的。

　　月球取水還得看極地

　　月球有水的喜訊聽到了多次，但較真地說(shuō)，目前月球有水，還只是對(duì)水分子甚至羥基進(jìn)行光譜探測(cè)的結(jié)果，最多只能證明月球表面存在水分子，要說(shuō)存在水蒸氣、水冰，甚至是液態(tài)水等貨真價(jià)實(shí)的游離水，仍然有待發(fā)現(xiàn)。

　　水是生命之源，雖然科學(xué)探測(cè)發(fā)現(xiàn)月球上有水，但在嚴(yán)酷的環(huán)境下月球無(wú)法誕生生命。即使如此，水的存在也讓月球成為了一個(gè)別具吸引力的地方。很多人甚至一些科研人員寫的論文都在大膽暢想，如果能有效開采和利用月球上的水，將能幫助航天員維持在月球上的活動(dòng)，甚至制取氫氧推進(jìn)劑，服務(wù)載人登陸火星的計(jì)劃。

　　美國(guó)商業(yè)公司表示，要利用月球上的水制取推進(jìn)劑，為深空探測(cè)器、載人飛船和靜止軌道衛(wèi)星補(bǔ)加推進(jìn)劑，讓月球上的水成為有利可圖的資源。

　　盡管如此，美國(guó)SOFIA和“嫦娥五號(hào)”對(duì)月面探測(cè)找水的結(jié)果，都表明月面的水含量太低，直接從月壤制取水的難度和成本太高，至少在月球探測(cè)和開發(fā)初期是缺乏經(jīng)濟(jì)價(jià)值的。

　　另外，目前的遙感探測(cè)表明，月球兩極的永久陰影區(qū)應(yīng)該存在豐富的水資源。雖然月球極區(qū)存在水冰或富含揮發(fā)水的礦物，還只是根據(jù)遙感探測(cè)數(shù)據(jù)的合理猜測(cè)，但月球基地永久陰影區(qū)的含水量要比SOFIA和“嫦娥五號(hào)”探測(cè)的月面中低緯度地區(qū)高很多。

　　藍(lán)色區(qū)域顯示月球南極可能存在水冰的位置

　　暴露在陽(yáng)光下的月壤、月巖中存在水，固然是科學(xué)上的重大發(fā)現(xiàn)，但在工程上尤其是人類未來(lái)建設(shè)月球基地，甚至是月面制取推進(jìn)劑，這么低的含水量顯然缺乏實(shí)用價(jià)值，因此，人類要利用月球上的水，還得深入月球南北極的永久陰影區(qū)。

　　未來(lái)，我國(guó)“嫦娥七號(hào)”將攜帶飛躍探測(cè)器，對(duì)月球極區(qū)隕石坑的陰影區(qū)進(jìn)行原位探測(cè)，我們期待它帶來(lái)更勁爆的好消息。
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