月球上有水嗎?嫦娥五號揭示著陸區月表水含量

月球上有水嗎？由中科院地質地球所行星科學團隊與上海技術物理研究所、國家空間科學中心、夏威夷大學、南京大學合作的科研團隊合作，透過對嫦娥五號所攜帶“月球礦物光譜分析儀”探測的資料進行研究，首次獲得了月表原位條件下的水含量。最新研究顯示，1噸月壤中約有120克“水”，1噸岩石中約有180克水。這一研究成果2022年1月8日在《科學-進展》上發表。科研團隊介紹，光譜儀所探測到的水指礦物裡的水分子或者羥基，在一定條件下才能轉化為可以喝的水。

△嫦娥五號取樣區背景圖和水含量

2020年12月，嫦娥五號探測器成功著陸在了月球風暴洋北部地區，並將1731克的月球樣品返回地球，基於樣品的實驗室研究，確定了著陸區玄武岩的年齡約為20億年。除了採集月球樣品返回地球之外，嫦娥五號探測器的另外一個重要任務是在原位條件下獲取取樣區的形貌與物質成分，解析月表水特徵。月表水的探測對於約束月球的形成過程、月球科研站建設和原位資源利用等都至關重要。

經過半個多世紀的爭論和探測，各種“實錘”證據讓人們相信月球上是有水存在的，但月球水的含量、來源等仍是需要研究的問題。光譜技術是目前探測月球水及其分佈較為直接的方式。此前，來自光譜儀的資料都是從距離月面遙遠的月球上空觀測到的證據，人類還從來沒有在月球表面原位直接進行過水的探測。嫦娥五號探測器攜帶了月球礦物光譜分析儀，在取樣過程中獲取了月表的光譜，第一次有機會在月表近距離、高分辨的探測水的訊號。

△嫦娥五號測量光譜與實驗室樣品、軌道光譜對比

據瞭解，嫦娥五號光譜儀對取樣區約2米×2米範圍的區域進行了光譜觀測，除了月壤之外還包括了一塊沒有帶回來的岩石。探測發現岩石和月壤體現出不同程度的吸收。實驗室的資料顯示礦物中水的含量與其光譜吸收強度具有很好的線性關係，這個線性關係主要與粒徑相關。根據目前已有月壤樣品的測量，它們的平均粒徑約60~80微米，據此估算嫦娥五號取樣區的水含量在120ppm以下；而岩石中的水含量約為180ppm。相當於1噸月壤中大約有120克水，1噸岩石中大約有180克水。

成分估算結果顯示，取樣區的岩石與月壤成分相差很大，來源不一致。透過遙感資料的輔助分析，該岩石可能與嫦娥五號著陸區西北方向的古老低鈦玄武岩（~34億年）比較一致。結合樣品分析，月壤中的水絕大部分是來自於太陽風的貢獻。如果將月壤中120ppm的水全部作為太陽風來源，岩石中仍多出來60ppm的水，多出來的這些水可能代表了月球內部水。而嫦娥五號著陸區年輕玄武岩本身的水含量低，可能說明了著陸區月幔較幹或經歷了大量脫氣的過程，這與風暴洋地區長期的火山噴發是一致的。

△水的光譜吸收引數ESPAT與水含量之間的關係

嫦娥五號著陸器上的月球礦物光譜儀對著陸點的月壤和岩石進行了反射率光譜測量，根據2。85微米的明確吸收特徵，首次提供了月球上水的原位探測證據。嫦娥五號是目前唯一一次既返回樣品又獲取到月表原位光譜的任務，樣品能夠詳細分析水在月壤顆粒中的分佈、存在形式，並可利用同位素示蹤來源，而原位光譜可以與軌道遙感建立聯絡，能夠研究月表水的全球性分佈和時間變化特徵。月表水的分佈可能與緯度高度相關，嫦娥五號是目前返回樣品中緯度最高的，這對研究月表水的分佈及來源具有重要意義。

科研團隊介紹，嫦娥六號、嫦娥七號將在原位和軌道尺度繼續探測月表水的含量、分佈，這一研究成果也將為嫦娥六號、嫦娥七號的科學目標實現提供支撐。