月球上有风吗(月球上有风吗下雨吗)

作者:甘晓

月球上有水吗？嫦娥五号探测器数据的最新研究表明，1吨月球土壤中约有120g“水”。

北京时间1月8日，中国科学院地质与地球物理研究所(以下简称地质与地球物理所)行星科学团队与多家科研机构合作完成的一篇研究论文发表在《科学-进展》杂志上。本次研究利用嫦娥五号携带的月球矿物光谱分析仪探测的数据，首次获得了月球表面原位的含水量。

需要说明的是，科学家研究的“水”并不是我们喝的“水”。“光谱仪检测到的‘水’是指矿物质中的水分子或羟基，只有在一定条件下才能转化成我们喝的水。”中国科学院地质与地球研究所副研究员林对《中国科学杂志》说。

半个世纪的争论

仰望星空空，问题“月球上有水吗？”激起了人类极大的好奇心，关于这个问题的科学争论已经持续了半个多世纪。早在1952年，氘的发现者美国化学家哈罗德·尤里(Harold Urey)就大胆推测，月球上那些太阳永远照射不到的洼地可能存在类似水的挥发性物质。

从1969年到1972年，美国的阿波罗计划给了宇航员“眼见为实”的机会。不幸的是，在实验室测量他们带回的样本发现，月球土壤非常干燥，留在月球表面探索大气的仪器没有检测到水蒸气。从此，“月干”几乎成了人们的共识。

林介绍，即使在1978年，苏联科学家也在“月球24号”任务采集的样本中测出了微量的水，但仍然没有引起科学家的重视，月球水的研究长期停滞不前。

上世纪90年代，新探测技术的出现掀起了月球水研究的热潮。首先，雷达技术。1994年，美国科学家在“克莱曼婷”任务中使用雷达技术探测到了月球的两极，证实了harold urey之前的猜想。1998年，美国月球探勘者号携带中子光谱仪，探测到大量氢。据估计，月球两极地区可能有数亿吨水。

2000年，光谱仪检测成为更先进的方式。2009年，印度“月船一号”携带的月球矿物测绘光谱仪发现，月球上到处都是水，而且含水量随着纬度的升高而增加。“这个检测结果让很多人第一次意识到，哦！月球上其实有水。”论文通讯作者之一、中科院国家空交叉科学中心研究员刘洋说。

从那以后，探测土星的卡西尼号，探测彗星的深度撞击号，以及月球观测和传感卫星(LCROSS)都使用光谱仪探测月球上是否存在水。

将光谱仪“带离现场”

前面提到的光谱仪的数据都是在远离月球表面的月球空上观测到的证据。人类从未在月球表面原位直接探测到水。

2020年12月1日，嫦娥五号探测器在月球风暴洋北部着陆，随后带回1731克月球样品。月球矿物光谱分析仪获得了月球表面的光谱数据。用林的话说:“这就像在月球上野外行走一样。这是我第一次有机会在月球表面近距离和高分辨率地探测水信号。”

实际上，光谱仪是通过发现羟基或水分子的明显吸收特性来测量水的。“通过分析3微米左右的光谱特征，我们可以识别月球表面的水，并得到含水量。”嫦娥五号光谱仪的设计者、中科院上海技术物理研究所研究员何志平介绍。

与一般意义上的液态水不同，光谱仪在月球表面探测到的“水”隐藏在岩石中。水分子代表稍微加热就能跑出来的“结合水”，羟基代表需要更高温度才能沉淀的“结构水”。然而，目前月球光谱遥感数据的波段覆盖无法区分这两种存在形式。

为了获得更准确的数据，研究人员对光谱仪进行了热校正。“月球表面的温度在当地中午甚至会超过100摄氏度。高温使得月壤产生的热辐射改变了光谱形状，掩盖了水的特性。因此，光谱的热校正是研究月球表面水的关键。”林对说道。

嫦娥五号光谱仪对采样区约2m见方的区域进行了光谱观测。除了月球土壤，还有一块岩石没有带回来。数据分析结果为月球上真正存在水增加了新的确凿证据:嫦娥五号采样区域的含水量在120 ppm(百万分之120)以下，而岩石中的含水量约为180 ppm。“相当于1吨月球土壤中约有120克水，1吨岩石中约有180克水。”刘洋简介。

嫦娥五号采样区背景图和水含量（研究团队供图）嫦娥五号采样区背景图和含水量(供研究团队使用)

月亮“水”未完待续

据研究人员分析，月球土壤中大部分水分来自太阳风“载货”。“太阳风中有大量的氢，吹到月球表面，与月球土壤中的氧结合，形成羟基或水分子。”该论文的作者之一、地质地球研究所的研究员林告诉《中国科学》杂志。

与月球土壤中120ppm的含水量相比，岩石中仍多60ppm的水。多余的水从哪里来？研究人员推测，这些岩石来自比嫦娥五号着陆点当地玄武岩更古老的地区，多余的水可能代表月球内部的水。

不久前，中国科学院地质与地球研究所研究团队在《自然》杂志上同时发表了三篇论文。其中一篇论文报告了基于纳米离子探针分析技术对月球内部水的探测结果，确定嫦娥五号着陆区月球地幔源区非常“干燥”。推测原因之一可能是风暴洋区长期火山喷发造成的强烈脱气。

林挺介绍，嫦娥六号和嫦娥七号将继续在原地和轨道尺度上探测月球表面水的含量和分布。这一研究成果也将为嫦娥六号和嫦娥七号科学目标的实现提供支撑。嫦娥五号是目前唯一返回样品并获取月球表面原位光谱的任务。该样品可详细分析月球土壤颗粒中水的分布和存在形式，并可通过同位素示踪来源。原位光谱可以与轨道遥感联系起来，可以研究月球表面水的全球分布和时间变化特征。

月球上水的研究远未结束。在研究人员看来，确认月球上是否存在水，并估算水量，对于“月球村”和“月球研究站”的规划建设至关重要。

这项研究由中国科学院地质与地球研究所行星科学团队与国家科学中心上海技术物理研究所空、夏威夷大学和南京大学合作完成。

论文:DOI: 10.1126/sciadv.abl9174