“嫦娥五号”让月球有水“实锤” ，但水的来源存争议

近日，中科院地质地球所行星科学团队在《科学进展》上发表论文，研究结果显示嫦娥五号探测器发现月壤、月岩中存在微量水，这是人类月球原位探测的重大发现，也让月球上是否有水的争议尘埃落定。那么，月球上的水来自哪里？是否可以为人类所用呢?

嫦娥五号采样区背景图和水含量
月球是否有水争论多年
月球是距离地球最近的大型天体，古时候人类对月球有着美好的想象，编织出如梦似幻的神话故事。然而，天文学家早就发现月球是一个没有大气，遍布陨石坑的“死星”。尽管如此，1952年氘的发现者、美国化学家哈罗德·尤里提出了月球上的永久阴影区可能存在水或类似的挥发性物质。
虽然当时人类没有能力探测和验证这一推测，但上世纪60~70年代的美苏探月和登月竞赛，为月球找水提供了可能。1969年，阿波罗11号载人飞船首次登月成功，但无论是月面仪器还是航天员带回的样品，都没有发现月球有水的证据。一时间，月球是干燥无水的星球成为共识。

美国航天员在月球上展示国旗

这一时期，苏联通过“月球16号”“月球20号”和“月球24号”3次成功的取样返回探测任务，采回了约300克月壤月岩样品。苏联科研人员通过分析月壤样品发现，月壤中存在微量的水。
事实上，“阿波罗”任务取回的样品也有类似发现，但美苏检测到月壤中水的含量都很低，更重要的是，都无法排除月壤返回地面后接触水蒸气的可能性，也就导致不能肯定地宣布月球上有水存在。

“阿波罗”载人登月任务中取回的月球岩石样本
随着遥感技术的进步，以及上世纪90年代月球探测的回潮，月球找水进入新阶段。1994年，美国科研人员通过克莱门汀探测器的雷达对月球两极进行了探测，发现疑似冰存在的证据。1998年，美国“月球勘探者号”通过伽马射线仪和中子频谱仪，探测到月球极区富含氢元素，为水的存在提供了旁证。
随后，各国加大探测力度，美国月球勘测轨道飞行器用更灵敏的种子探测器和莱曼-α探测器，在月球南极环形山中探测到水和羟基信号。印度“月船一号”上的M3探测器也在月球极区发现了羟基信号。2009年，美国使用LCROSS探测器撞击月球，携带的红外和紫外分光计发现了水和羟基信号。然而，3微米的红外波段不能区分水和羟基，无法作为不可辩驳的证据。
实际上，月球上的水不止存在于永久阴影区。2020年，美国宇航局宣布，SOFIA在2018年8月的飞行观测中，发现月球南部克拉维乌斯环形山附近有6毫米红外辐射。SOFIA是一个携带2.5米望远镜的波音747飞机，而6毫米红外光是水分子受热振动产生的，这个发现证明月球表面存在水分子而不仅是羟基。

SOFIA平台发现月球存在水分子
SOFIA发现克拉维乌斯环形山附近的水浓度为100~400ppm，也就是每吨月壤含有100~400克水。不过，月球有水的最新证据，是来自 “嫦娥五号”。

月球克拉维乌斯环形山
美国找到月球有水的证据，不是来自SOFIA这个地球同温层观测平台，就是月球轨道上的环绕器，而“嫦娥五号”软着陆对月壤进行原位探测，估算出了月壤含水约为120ppm，月岩含水量约180ppm，这是人类首次通过原位探测证明月球有水，算是实锤了月球有水存在的证据。
水的来源依旧存争议
月面白天温度最高可达160摄氏度，夜间最低能降到零下180摄氏度。在这样严酷的环境下，液态水早就蒸发殆尽。那么，月球上的水到底来自哪里呢？
首先我们要知道，月球上并没有直接发现游离的液态水或冰，甚至没有发现主要成分是羟基的矿物，无论是遥感还是原位探测，月球上的水是通过水分子和羟基的红外信号，折算出来的含水量，这些“水”很可能是月球矿物晶格中的结晶水和结构水，或以其他诡异的状态苟延残喘。
更进一步说，月球表面的含水量是微乎其微的，月岩180ppm的含水量相当于1吨月岩中只有180克水，这点水不要说和大多数地球土壤相比，就是和干燥的沙漠对比都少得可怜。沙漠中沙子的含水量每吨一般在2公斤到十几公斤，而月壤中的水不到地球沙漠含水量的1/10。
目前，科研人员对月球上水的来源提出了3种不同说法：
第一种推测，月面的水是太阳风吹来的。太阳风不仅会吹走火星大气，它也含有大量的氢，当太阳风吹到月球表面时，太阳风中的氢和月壤矿物中的氧结合形成羟基甚至水分子，并在月壤中保存下来。科研人员认为，月壤中大部分的水是太阳风吹来的。
第二种假说，月面的水是彗星撞来的。来自外太阳系的彗星含有大量的水冰，它们进入内太阳系在阳光照耀下挥发，但也有些彗星撞击到月球，带来宝贵的水。彗星撞击时绝大部分的水都蒸发逃逸不复存在，但也可能有一部分水渗入月壤，保存下来成为月壤中的水。
第三种猜测，月球岩石本身就含有水。固态星球矿物含水本就顺理成章，以近期汤加火山大喷发为例，火山喷发的气体中绝大多数都是水蒸气。科研人员在“阿波罗”取回的月球样品中，发现部分矿物中含有极少的水，可以支持这个猜测，而嫦娥五号着陆器发现月岩含水量远高于月壤，尤其是它探测的那块月岩，本身形成于月球深处，是陨石撞击溅射出来的，这为月球水的内生说提供了有力证据。

航天员从月球上采集到的玄武岩
综上所述，月球上的水既可能是太阳风吹来的，也可能是月球形成时岩浆本身就有的，还可能是彗星等深空天体撞击带来的。根据“嫦娥五号”的探测分析结果，月壤中的水绝大部分是太阳风贡献的，而月岩的水多数应该是岩浆凝固前就有的。
月球取水还得看极地
月球有水的喜讯听到了多次，但较真地说，目前月球有水，还只是对水分子甚至羟基进行光谱探测的结果，最多只能证明月球表面存在水分子，要说存在水蒸气、水冰，甚至是液态水等货真价实的游离水，仍然有待发现。
水是生命之源，虽然科学探测发现月球上有水，但在严酷的环境下月球无法诞生生命。即使如此，水的存在也让月球成为了一个别具吸引力的地方。很多人甚至一些科研人员写的论文都在大胆畅想，如果能有效开采和利用月球上的水，将能帮助航天员维持在月球上的活动，甚至制取氢氧推进剂，服务载人登陆火星的计划。
美国商业公司表示，要利用月球上的水制取推进剂，为深空探测器、载人飞船和静止轨道卫星补加推进剂，让月球上的水成为有利可图的资源。
尽管如此，美国SOFIA和“嫦娥五号”对月面探测找水的结果，都表明月面的水含量太低，直接从月壤制取水的难度和成本太高，至少在月球探测和开发初期是缺乏经济价值的。
另外，目前的遥感探测表明，月球两极的永久阴影区应该存在丰富的水资源。虽然月球极区存在水冰或富含挥发水的矿物，还只是根据遥感探测数据的合理猜测，但月球基地永久阴影区的含水量要比SOFIA和“嫦娥五号”探测的月面中低纬度地区高很多。

蓝色区域显示月球南极可能存在水冰的位置
暴露在阳光下的月壤、月岩中存在水，固然是科学上的重大发现，但在工程上尤其是人类未来建设月球基地，甚至是月面制取推进剂，这么低的含水量显然缺乏实用价值，因此，人类要利用月球上的水，还得深入月球南北极的永久阴影区。
未来，我国“嫦娥七号”将携带飞跃探测器，对月球极区陨石坑的阴影区进行原位探测，我们期待它带来更劲爆的好消息。
文/张雪松
编辑/唐明军
审核/杨建 杨蕾
监制/索阿娣

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