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2700亿吨!嫦娥五号发现月球储水库,为何美国6次登月都没发现?

 火星科普 2023-03-28 发布于浙江

根据发表于《自然·地球科学》(Nature Geoscience)杂志上的一项新研究[1],中国科学家从嫦娥五号带回的月球样品中发现了水存在的证据,表明月球表面上可能储存着多达2700亿吨水。

当年,我国科学家想要研究月球上的资源,只能在0.5克的月球样品上做文章。这块月球样品只是被分割出来的一半,原先是1克重的月岩,由美国赠送给我国。在美国阿波罗载人登月期间,12名宇航员6次成功踏上月表,带回了381公斤的月球样品,那1克月岩就是来自于此。

终于在2020年,时隔将近半个世纪之后,嫦娥五号代表全人类再次前去月球正面进行采样。嫦娥五号在月表上一共采集了1.731公斤的月壤和月岩,其中包括在1米深的月表下挖出的样品。这一次,我国科学家终于有足够的月球样品来进行深入研究。

不远的将来,我国将会在月球上建造科研站,航天员将会在上面长期生活和工作,水的长期来源是一个需要解决好的重要问题。于是,我国科学家期望能够从嫦娥五号带回的月球样品中,找到月球上的水源。

过去,月球被认为是完全干燥的。因为月球表面几乎是真空的,而且被太阳照射时,月表的温度可以升高至120℃,任何液态水都会在这种环境中蒸发殆尽。

后来,美国宇航局(NASA)的月球探测器显示,在月球极地的永久阴影区中,长年处于-170℃的极地温度,那里存在着冰冻的水。但在月表的其他地方,想要找到水,基本上被认为是极为困难的。

在此次新研究中,我国科学家发现了月表水的天然存储库——玻璃珠。玻璃并不是只有人类能够制造,自然界中也会形成玻璃,例如,火山喷发出富含二氧化硅的熔岩,它们经过突然的冷却降温,就会形成火山玻璃。

不过,我国科学家此次发现有水的月球玻璃不是来自火山过程,而是撞击过程。由于月表基本没有空气阻力,小行星会以很高的速度直接撞击月表,并产生上千度高温,此时就有可能形成撞击玻璃珠。

嫦娥五号发现了大量的撞击玻璃珠,它们就像海绵一样,锁住了月表水。科学家估计,撞击玻璃的含水量为0.05%。按照这样的比例估算,月球上的撞击玻璃珠可能储存着多达2700亿吨的水,这些撞击玻璃珠就如同月球上的天然储水库。

那么,月表水又是来自哪里呢?

对嫦娥五号样品中的水进行分析后,科学家发现水源其实是太阳风。在温度高达100万度的太阳日冕层中,形成了大量的高能带电粒子,它们被高速喷射到太空中,由此形成了太阳风。

太阳风的主要成分为质子,也就是失去电子的氢原子核。由于月表是光秃秃的,太阳风可以直接轰击月表,质子与月表上的氧结合形成水或者羟基,它们会被困在玻璃珠中。

玻璃珠中的水很容易提取出来,这在未来的月球探测任务中非常有用。水不但可供航天员饮用,而且通过电解水,还能产生用于呼吸和氧化剂的氧气,以及用于制造燃料的氢气。因此,这些月表水是极为重要的月球资源。以此为基础,未来我们才有望在月球上大规模开采月球特有的矿物质、用于可靠核聚变的氦-3。

美国过去曾6次成功进行载人登月任务,带回大量的月球样品,为什么他们没有发现这些月球水?

原因可能在于这些水在月球上是分布不均匀的,与所在的区域有关。那些遭受撞击越多的月表区域,存在的水可能也越多。阿波罗载人登月去的地方,都是月表上非常古老的区域,他们采集到的月岩年龄最少也有31亿年,有些甚至超过44亿年。

相比之下,嫦娥五号去了较为年轻的月表区域,采集到的月岩年龄估计为20亿年。通过研究嫦娥五号的样品,可以寻找未来适合建造月球基地的区域。

参考文献

[1] Huicun He, Jianglong Ji, Yue Zhang, Sen Hu, et al. A solar wind-derived water reservoir on the Moon hosted by impact glass beads, Nature Geoscience, 2023, DOI: 10.1038/s41561-023-01159-6.

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