月球移民前提

月球上有水嗎？

月球是距離地球最近的天體。長久以來，月球都被認(rèn)為是人類最可能實現(xiàn)星際移民的理想地點。雖然早在20世紀(jì)60年代，人類就已踏足月球表面，但若想實現(xiàn)月球移民，甚至建立月球基地，還有一個十分重要的資源問題需要解決—水。月球上是否存在水？

1961年，美國科學(xué)家肯尼思·沃森等人率先提出了月球可能存在水冰的設(shè)想。幾十年來，科學(xué)家一直在尋找月球水存在的證據(jù)及其可能的來源途徑。近日，一篇發(fā)表在《科學(xué)報告》的研究文章指出，從地球上層大氣逃逸的氫和氧離子，或在月球上結(jié)合，成為月球上已知水冰的可能來源之一。目前，月球水已然成為國內(nèi)外行星科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點。月球水既具有重要的科學(xué)意義，也蘊含著潛在的應(yīng)用價值，對其展開研究不僅有助于理解月球演化歷史，更有助于未來月球科研站、月球基地等的建設(shè)，為動植物生存、火箭燃料等提供關(guān)鍵資源。

（文章內(nèi)容來源于網(wǎng)絡(luò)）

為啥月表看不到水？

與地球不同的是，月球本身沒有全球性磁場，也沒有濃密大氣的保護(hù)，其表面直接暴露在極端溫度和惡劣的太空真空環(huán)境之中。此外，月球表面的平均溫度可以從白天的約100攝氏度，下降到夜晚的零下150攝氏度左右，如此大的溫差使得液態(tài)水無法穩(wěn)定存在。因此，此前人們普遍認(rèn)為月球如同沙漠一般干燥無水。但隨著觀測研究的深入，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)月球極區(qū)有些撞擊坑底部的永久陰影區(qū)，終年不受太陽光照射，溫度極低，在真空條件下，水冰可能穩(wěn)定存在。20世紀(jì)90年代，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)“克萊門汀”號探測器上雷達(dá)在月球南極永久陰影區(qū)的回波存在異常；NASA“月球勘探者”號探測器上的中子譜儀顯示月球永久陰影區(qū)有大量的氫。

2010年，美國的衛(wèi)星撞擊月球的永久陰影區(qū)，在濺射的塵埃中發(fā)現(xiàn)了大量的水冰，證實了月球水的存在。2020年，美國國家航空航天局(NASA)首次通過望遠(yuǎn)鏡觀測證實月球表面存在水；2022年1月，我國嫦娥五號月球著陸器首次獲得月表原位探測數(shù)據(jù)，月球存在水從此有了“現(xiàn)場證據(jù)”。

2013年8月，美國約翰斯·霍普金斯大學(xué)的研究人員利用印度“月船一號”探測器上攜帶的月球礦物繪圖儀，對位于月球赤道附近的布利奧隕坑進(jìn)行成像分析，發(fā)現(xiàn)布利奧隕坑中心峰含大量氫氧基。研究人員認(rèn)為這是布利奧隕坑含有月球深部巖漿水的直接證據(jù)，表明月球在形成之初就有可能存在水。

重大發(fā)現(xiàn)

月壤樣品存在月球內(nèi)部原生水

6月15日，國際科學(xué)期刊《自然·通訊》在線發(fā)布了我國嫦娥五號的一項重要研究成果，中國科學(xué)院國家天文臺研究員李春來、劉建軍和上海技術(shù)物理研究所研究員舒嶸領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊，與地質(zhì)與地球物理研究所、物理研究所、地球化學(xué)研究所等單位合作，在國際上首次將月球樣品的實驗室分析結(jié)果和月表就位探測的光譜數(shù)據(jù)相結(jié)合，檢驗了月球樣品中水的有無、形式以及含量多少，回答了嫦娥五號著陸區(qū)水的分布特征和來源問題，為遙感探測數(shù)據(jù)中水的信號解譯和估算提供了地面真值。

月球有沒有水、有多少水、水是什么形式的、又來自哪里，這些問題一直存在著很大的爭議，同時也一直是月球科學(xué)研究的熱點。在嫦娥五號任務(wù)立項論證之初，研究團(tuán)隊就提出將著陸器上的月球礦物光譜分析儀光譜范圍拓展到3.2微米，并實現(xiàn)了國際上首次月表水光譜吸收特征的就位探測（即原位探測）。

（文章內(nèi)容來源于網(wǎng)絡(luò)）

月球樣品返回地球后，研究團(tuán)隊在實驗室對返回月球樣品進(jìn)行了系統(tǒng)分析，實驗室光譜分析再次驗證了羥基水的存在，但對“水”的存在形式、含量和來源等方面的研究，則需要詳細(xì)的礦物巖石學(xué)分析。此前，在對阿波羅月球樣品研究后，研究人員認(rèn)為月壤中（撞擊）膠結(jié)玻璃包含了太陽風(fēng)長期注入形成的羥基物質(zhì)，膠結(jié)玻璃的含量是影響月球樣品中“水”含量的重要因素。我國返回樣品的實驗室分析表明，嫦娥五號月球樣品是一類年輕玄武巖，膠結(jié)玻璃含量很少（不足16%），僅為阿波羅11號月球樣品的1/3，由此估算嫦娥五號月壤樣品中來自太陽風(fēng)注入膠結(jié)玻璃形成的“水”不多于18ppm。同時，嫦娥五號著陸區(qū)月壤樣品中外來撞擊濺射物含量也非常低，對月壤樣品中“水”的貢獻(xiàn)基本可以忽略不計。

因此，嫦娥五號月壤樣品中肯定存在來源于月球內(nèi)部的原生水。對嫦娥五號月球樣品的實驗室分析，發(fā)現(xiàn)了至少一種含水礦物—羥基磷灰石，其含量不均勻，折合樣品羥基水的含量從0ppm到179ppm不等（平均約17ppm），證明了嫦娥五號月壤樣品中存在來自巖漿結(jié)晶過程的“水”，說明“水”在月球晚期巖漿活動過程中不僅存在，而且可能起到了非常重要的作用。

不僅有水還有石英

近日，中國科學(xué)院比較行星學(xué)卓越創(chuàng)新中心成員、中國科學(xué)院地球化學(xué)研究所杜蔚團(tuán)隊在嫦娥五號月壤樣品中發(fā)現(xiàn)了共生的二氧化硅的高壓相——賽石英和斯石英。據(jù)了解，撞擊作用是月球表面物質(zhì)混合的重要地質(zhì)過程，是控制月壤形成和演化的重要因素。高壓礦物作為撞擊事件的重要記錄者，對限定巖石受沖擊的溫壓條件及反演撞擊坑的大小有重要意義。但是，無論月球返回樣品還是月球隕石，都極少發(fā)現(xiàn)高壓礦物相，限制了通過月球樣品反演月表的撞擊過程的研究。

中國科研團(tuán)隊通過詳細(xì)研究賽石英、斯石英、似α-方石英的二氧化硅相及二氧化硅玻璃的形態(tài)特征及分布規(guī)律，推斷賽石英和斯石英形成機(jī)制為固固相轉(zhuǎn)變；受撞擊過程的動力學(xué)控制，賽石英作為亞穩(wěn)相在較低壓條件下出現(xiàn)，隨溫度的升高部分賽石英轉(zhuǎn)變?yōu)樗故?，因此，該二氧化硅碎屑記錄了一次月表撞擊事件的升壓和緊隨其后的升溫和降壓過程。通過其形成的溫壓條件結(jié)合撞擊條件模擬計算，推測該二氧化硅碎屑很有可能來自嫦娥五號采樣區(qū)南面的Aristarchus撞擊坑。本研究是首次在月球返回樣品中確認(rèn)發(fā)現(xiàn)賽石英，為前人通過遙感數(shù)據(jù)分析提出的嫦娥五號采樣區(qū)存在遠(yuǎn)處撞擊坑濺射物的觀點提供了重要證據(jù)。

為了更好地研究

月壤的保存環(huán)境非常嚴(yán)格

嫦娥五號完成月球土壤采集任務(wù)成功返回地球，但對于地面應(yīng)用系統(tǒng)的科學(xué)家來說，月球樣品的科學(xué)研究工作可以說才剛剛開始。那么，月球樣品將如何存儲、管理和研究呢？

根據(jù)專家介紹：月球樣品實驗室主要由地外樣品存儲室、地外樣品制備室、地外樣品處理與物性分析室等實驗室組成，來自月球的樣品將在這里存儲、解封以及處理分析。在最新建成的月球樣品實驗室中，第一個屋子就是用于安全解封的科研裝備。由于月球上是幾乎真空的狀態(tài)，和地球上存在很大的壓差，安全解封就成了擺在科研團(tuán)隊面前的首個難題。

而最大問題就是解封在月表真空環(huán)境下封裝的設(shè)備。為解決這個難題，科研人員通過技術(shù)和驗證，最終設(shè)計了一套方案，在真空條件下獨立進(jìn)行罐子的解封，解封完之后再把樣品轉(zhuǎn)移到氮氣環(huán)境下進(jìn)行存儲和處理?？蒲袌F(tuán)隊介紹，由于月球樣品產(chǎn)于高真空高還原的環(huán)境，很容易受到地球上氧和水的侵蝕、風(fēng)化和氧化，因此在氮氣環(huán)境下存儲的過程中，還必須嚴(yán)格控制水和氧的指標(biāo)。張廣良說：“我們知道月球土壤樣品是粉末狀的，很容易受到地球物質(zhì)的污染，因此對于解封它的外部環(huán)境，我們設(shè)計為一個潔凈室的條件，最大限度減少地球顆粒物質(zhì)對它的污染。”

根據(jù)采樣方式和樣品使用的不同，此次采集回來的樣品會分為鉆取樣品臨時存儲、表取樣品臨時存儲、鉆取樣品永久存儲和表取樣品永久存儲四大類，專家介紹：“根據(jù)采樣返回樣品的特點，有鉆取樣和表取樣，因此我們把這兩類樣品分門別類，設(shè)計不同的存儲裝置進(jìn)行存儲，這樣才能夠更妥善地保管樣品。在實際過程中，我們要根據(jù)科學(xué)研究的實際需求來進(jìn)行分樣，必須嚴(yán)格遵守一定的操作規(guī)程，確保月球樣品在最終分析的時候，樣品量既能適用于科學(xué)研究，又不會浪費?！睘榇耍覀冊跇悠烽_封過程中，可以多次看到真空手套箱的身影，為安全開封提供可靠地安全環(huán)境保護(hù)。

手套箱的作用，是將高純惰性氣體充入箱體內(nèi)，并循環(huán)過濾掉其中的水、氧、有機(jī)氣體等物質(zhì)的實驗室設(shè)備。也稱真空手套箱、惰性氣體保護(hù)箱等。主要功能在于對 O2、H2O、有機(jī)氣體的清除。廣泛應(yīng)用于無水、無氧、無塵的超純環(huán)境。最終保證月球土壤的安全保存。

如果真的有水

可能距離月球移民真的不遠(yuǎn)了

更多科技信息

關(guān)注伊特克斯手套箱