林寬雨

前段時(shí)間，因?yàn)橹袊?guó)科學(xué)家在“嫦娥五號(hào)”帶回的月壤礦物中發(fā)現(xiàn)存在高含量的水，關(guān)于月球之水的新聞再次登上熱搜。事實(shí)上，人類進(jìn)行月球之水的探測(cè)已經(jīng)有很長(zhǎng)的歷史了，在探測(cè)過(guò)程中也取得了不少收獲。人類為什么要探測(cè)月球之水？月球之水來(lái)自哪里？這些月球之水又會(huì)有什么用途？帶著這些問(wèn)題，我們今天一起來(lái)聊聊關(guān)于月球之水的那些事。

月球之水的發(fā)現(xiàn)史

盡管天文學(xué)家很早就發(fā)現(xiàn)月球環(huán)境遠(yuǎn)沒(méi)有我們想象中的那么美好，真實(shí)的月球是一個(gè)沒(méi)有大氣、遍布隕石坑的星球，但這并不影響人們對(duì)它的關(guān)注。人們一直想在月球上找到一些問(wèn)題的答案，比如曾讓學(xué)術(shù)界爭(zhēng)論不休的月球上是否存在水資源的問(wèn)題。為了讓爭(zhēng)論畫(huà)上句號(hào)，人們向月球發(fā)射了很多探測(cè)器。

盡管在美蘇太空競(jìng)賽期間，科學(xué)家就已經(jīng)在探測(cè)器帶回的月壤樣品中發(fā)現(xiàn)了水的存在，但因?yàn)閺臉悠分袡z測(cè)到的水的含量很低，且無(wú)法證明樣品是否在返回途中接觸到了水蒸氣，這些關(guān)于月球之水的發(fā)現(xiàn)無(wú)法證明月球真的存在水資源。同樣，美國(guó)在1994年發(fā)射的“克萊門(mén)汀”探測(cè)器和在1998年發(fā)射的“月球勘探者”，它們獲得的關(guān)于月球之水的探測(cè)結(jié)果，也因?yàn)橐恍┰驔](méi)能被廣泛接受。

在這之后，隨著科技的發(fā)展和探測(cè)力度的增加，關(guān)于月球之水的真相逐漸浮出水面。2008年，搭載微型合成孔徑雷達(dá)和月球礦物制圖儀這兩個(gè)探測(cè)神器的“月船一號(hào)”發(fā)射升空，其探測(cè)結(jié)果在經(jīng)過(guò)充分分析和驗(yàn)證后，讓科學(xué)家確認(rèn)了月球存在水冰的事實(shí)；2020年，美國(guó)國(guó)家航空航天局宣布，索菲亞平流層紅外天文臺(tái)2018年的飛行觀測(cè)結(jié)果證明月球表面存在水分子；2020年發(fā)射的中國(guó)“嫦娥五號(hào)”探測(cè)器通過(guò)對(duì)月球表面的探測(cè)，也在月球上發(fā)現(xiàn)了水的蹤跡。

但需要說(shuō)明的是，目前科學(xué)家發(fā)現(xiàn)的月球之水并不是我們平時(shí)見(jiàn)到的游離態(tài)的液態(tài)水或冰，而是水分子或構(gòu)成水分子的主要元素——羥基。

月球之水來(lái)源大猜想

探測(cè)器的探測(cè)結(jié)果雖然讓月球之水是否存在的爭(zhēng)論畫(huà)上了句號(hào)，但是又引發(fā)了一個(gè)新的爭(zhēng)論——月球之水來(lái)自何方？目前，關(guān)于月球之水來(lái)源的推測(cè)主要有3種。

No.1來(lái)自彗星

曾有很多彗星造訪過(guò)月球，在這些天外來(lái)客撞擊月球表面時(shí)，雖然絕大部分的水分都會(huì)蒸發(fā)掉，但是也可能有一部分滲入月壤并被保存下來(lái)，成為月球之水。2011年，美國(guó)科研人員在對(duì)“阿波羅”飛船帶回的月球表面巖石樣本進(jìn)行分析時(shí)發(fā)現(xiàn)，其中一類名為磷灰石的礦物所含的氫同位素組成比例，與3個(gè)已知彗星中的氫同位素組成比例接近。這一研究結(jié)果增大了月球之水來(lái)自彗星的可能性。

No.2來(lái)自太陽(yáng)風(fēng)

太陽(yáng)風(fēng)可能也是月球之水的一個(gè)主要來(lái)源。我們知道，水的形成需要?dú)浜脱鮾煞N元素，但原始月壤中的氫含量極低，且大量氧元素是存在于月壤礦物中的。而從太陽(yáng)吹過(guò)來(lái)的太陽(yáng)風(fēng)中含有大量氫元素，當(dāng)太陽(yáng)風(fēng)吹到月球表面時(shí)，其帶來(lái)的氫元素可能會(huì)進(jìn)入月壤礦物中，和里面的氧元素結(jié)合成羥基甚至水分子，并在月壤中保存下來(lái)。

No.3來(lái)自月球本身

當(dāng)然，也不排除月壤中本來(lái)就含有水分。此前，科研人員在研究“阿波羅”飛船帶回的月球樣品時(shí)，就曾在部分礦物中發(fā)現(xiàn)了微量的水。中國(guó)“嫦娥五號(hào)”探測(cè)器在登陸月球表面后，也在一塊月巖中發(fā)現(xiàn)了微量的水。這塊月巖原本位于月球深處，是在隕石撞擊時(shí)濺射到月球表面的。這一發(fā)現(xiàn)增大了月球之水來(lái)自月球本身的可能性。

月球之水的用途

水是生命之源，很多人可能會(huì)認(rèn)為，科學(xué)家投入大量人力、物力尋找月球之水，目的就是在月球上建立一個(gè)人類的定居之所，但事實(shí)并非完全如此。由于月球環(huán)境非常惡劣，晝夜溫差超過(guò)300℃，這樣的環(huán)境不適宜居住，所以即便發(fā)現(xiàn)了可供人類飲用的水資源，移民月球的可能性也很小。

科學(xué)家尋找月球之水的一個(gè)主要目的是開(kāi)發(fā)利用月球資源。水資源在電解之后能夠產(chǎn)生液氫和液氧，它們能用來(lái)制備效率較高的火箭燃料。如果未來(lái)人們能在月球表面找到足夠的水資源，那么就可以在月球上建立存儲(chǔ)資源的小型基地。那時(shí)候，人類可以把月球作為去往其他星球的中轉(zhuǎn)站，在上面進(jìn)行物資補(bǔ)給。

知識(shí)鏈接

月壤中的神奇化合物

除了水資源，月球上還有很多其他可以利用的寶貴資源，比如存在于月壤中的一些活性化合物。

前不久，中國(guó)科學(xué)家就在“嫦娥五號(hào)”帶回的月壤中發(fā)現(xiàn)了一些具有良好催化性能的活性化合物。他們以這些活性化合物為催化劑，借助模擬太陽(yáng)光，成功地將水和二氧化碳轉(zhuǎn)化為氧氣、氫氣、甲烷和甲醇。這一研究成果讓中國(guó)科學(xué)家有了一個(gè)長(zhǎng)遠(yuǎn)的計(jì)劃，未來(lái)或許可以利用月球夜間的極低溫度，將二氧化碳從人類呼吸的空氣中分離出來(lái)，再利用太陽(yáng)光和具有催化作用的月壤，將二氧化碳和月球表面的水資源轉(zhuǎn)化為氧氣、氫氣、甲烷和甲醇。

如果這一計(jì)劃能夠變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，未來(lái)就可以在月球上就地取材，為航天員提供生命支持和燃料，這將大大降低航天器的載荷和成本。當(dāng)然，這一計(jì)劃能否真的變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，還需要進(jìn)行很多驗(yàn)證。期待科學(xué)家為我們帶來(lái)更多驚喜。

（責(zé)任編輯：白玉磊）