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目前關(guān)于月表水的來(lái)源，普遍認(rèn)為有3種可能。第一種是外來(lái)說(shuō)，即由太陽(yáng)風(fēng)和隕石帶來(lái)的，這是因?yàn)閺倪b感數(shù)據(jù)和月球樣品分析數(shù)據(jù)來(lái)看，月壤表層的水(羥基)含量比深層要高;第二種是內(nèi)生說(shuō)，即水是月球內(nèi)部排放出來(lái)的，這是固體巖石行星水來(lái)源的最通常情況;第三種則認(rèn)為月球上的水是由彗星類天體從太陽(yáng)系外緣帶來(lái)的天然水。

近日，嫦娥五號(hào)首次獲得月表原位探測(cè)數(shù)據(jù)，科研人員進(jìn)行數(shù)據(jù)分析得出，嫦娥五號(hào)采樣區(qū)的水含量在120ppm(百萬(wàn)分之一)以下，而巖石中的水含量約為180ppm。相關(guān)研究成果1月8日在線發(fā)表于《科學(xué)·進(jìn)展》期刊。

“這相當(dāng)于1噸月壤中大約含有120克水，1噸巖石中大約含有180克水。”論文第一作者、中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所副研究員林紅磊解釋道。

“月球存在水的事實(shí)，已經(jīng)被多次‘實(shí)錘’了。”嫦娥五號(hào)鉆取子系統(tǒng)飛控專家組成員、中國(guó)地質(zhì)大學(xué)教授肖龍?jiān)诮邮芸萍既請(qǐng)?bào)記者采訪時(shí)表示。

半個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，科學(xué)家研究過(guò)月壤樣品，還采用雷達(dá)、中子譜儀、光譜儀等探測(cè)設(shè)備，從月球軌道進(jìn)行遙感探測(cè)，數(shù)次發(fā)現(xiàn)月球上“水”的芳蹤。唯獨(dú)沒(méi)有在“月表原位”(即月球表面)近距離探測(cè)水的信號(hào)。

此次最新發(fā)現(xiàn)不禁令人好奇，月表原位探測(cè)到水意味著什么?科學(xué)家是如何確定水含量的?月球上的水是否存在利用價(jià)值?

用光譜儀在月球表面“找水”

肖龍說(shuō)，此前科學(xué)家曾在100—200千米高度的月球軌道上，探測(cè)到了月球存在水或羥基的信號(hào)。此外，從以往的月球樣品中，也檢測(cè)到了羥基或水的信號(hào)。

“嫦娥五號(hào)則是在月表原位靠近采集樣品的位置探測(cè)到水的。”肖龍指出，這次科學(xué)家是從嫦娥五號(hào)攜帶的月球礦物光譜分析儀的光譜譜線信號(hào)中，檢測(cè)到羥基位置有響應(yīng)，再根據(jù)信號(hào)特征估算出了可能的羥基或水含量。

肖龍表示，探測(cè)月球水含量的最好辦法，還是對(duì)采樣區(qū)的樣品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)。他說(shuō)：“國(guó)內(nèi)很多單位都申請(qǐng)到了月球樣品，估計(jì)這一問(wèn)題很快就會(huì)有更為令人信服的答案。”

月球礦物光譜分析儀的觀測(cè)對(duì)象，是采樣區(qū)2米見(jiàn)方的月壤和一塊沒(méi)有帶回來(lái)的巖石。

光譜儀靠發(fā)現(xiàn)羥基或者水分子的明顯吸收特征來(lái)探測(cè)水。深圳大學(xué)教授黃少鵬解釋道，光是一種電磁波，科學(xué)家可以通過(guò)光譜儀，測(cè)量月壤或巖石對(duì)不同波段電磁波輻射的反射或吸收能力的強(qiáng)弱，再對(duì)獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，確定被測(cè)對(duì)象的光譜曲線特征，再確定其含水量的多少。

黃少鵬打了個(gè)比方，從光譜曲線中檢測(cè)羥基和水，就如公安干警通過(guò)指紋比對(duì)確定嫌犯一樣。要想知道月球上有沒(méi)有水，就要看光譜曲線上那些具有特征指示意義的波段是否缺失，光譜曲線中與水對(duì)應(yīng)的波段缺失越嚴(yán)重，說(shuō)明被測(cè)量物體的水含量越多。

“通過(guò)分析觀測(cè)數(shù)據(jù)中3微米左右的光譜特征，就可以判斷月表是否有水，并獲得大致的水含量。”嫦娥五號(hào)光譜儀設(shè)計(jì)者、中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所研究員何志平說(shuō)。

“嫦娥五號(hào)是目前唯一一個(gè)既帶回了樣品又獲取到月表原位光譜數(shù)據(jù)的探測(cè)器。”林紅磊表示，其帶回的樣品能夠詳細(xì)地分析水在月壤顆粒中的分布以及存在形式，并可利用同位素示蹤其來(lái)源;獲得的原位光譜數(shù)據(jù)則可以與軌道遙感數(shù)據(jù)結(jié)合，研究月表水的全球性分布和時(shí)間變化特征。

月球水的三個(gè)可能來(lái)源

嫦娥五號(hào)探測(cè)到的水是從哪來(lái)的呢?研究人員結(jié)合樣品分析認(rèn)為，月壤中的水絕大部分來(lái)自太陽(yáng)風(fēng)。“太陽(yáng)風(fēng)里有很多氫。當(dāng)太陽(yáng)風(fēng)轟擊到月面，其中的氫與月壤里的氧結(jié)合形成了羥基或者水分子。”論文通訊作者之一、中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所研究員林楊挺說(shuō)。

肖龍也認(rèn)為，太陽(yáng)風(fēng)是月球水的可能來(lái)源之一。他解釋道，水的形成需要?dú)浜脱?，原始月壤中氫的含量極低，且大量的氧存在于月球礦物中，這不利于直接形成水。但是太陽(yáng)風(fēng)中主要是氫，“當(dāng)這些氫注入月壤中時(shí)，就可能與月球礦物中的氧結(jié)合形成水或羥基”。