人类首次在月壤中发现水分子，一起来聊聊月球的水

摘要：水分子可能来自火山气体

多年来，人们一直在探寻，月球上是否存在水？

如果有，不太可能是液态水。因为月球缺乏大气层和适宜的温度。没有大气层，就无法有效地保持热量或阻挡宇宙射线。月球表面为超高真空，白天最高气温可达127℃，足以使液态水迅速蒸发；而夜间最低气温可降到-183℃，就算有水存在，也会凝固成冰。‌

即便如此，人们依然执着探寻月球上水的存在，因为这对于月球演化研究和资源开发至关重要。

日前，我国科学家在嫦娥五号带回的月球样本中，发现了一种富含水分子和铵的未知矿物晶体，以确凿证据宣告了水分子在月球上的真实存在。

【水和水分子不一样】

美国的阿波罗号总共带回了381.7千克的月壤，未发现任何含水矿物。在此后很长一段时间，“月球不含水”成为一个基本假设。

1994年，美国科学家通过克莱门汀探测器对月球两极进行观测，认为位于永久阴影区的月壤中可能存在水冰。

2009年，印度“月船一号”发现，月球表面可能存在太阳风导致的羟基和/或水分子信号。

同年，美国发射月球坑观测与传感卫星‌对月球永久阴影区进行了两次撞击，‌以探测月球表面是否存在水，此后对撞击尘埃的遥感测量显示了水的信号。

近年来，美国航空航天局发布的遥感数据表明月球光照区有水分子存在的迹象，但不清楚水的形态。

针对当年采集的阿波罗月球样品，科学家在部分玻璃和矿物中发现了百万分之一量级的羟基水。

“这里有一个概念需要厘清，水和水分子是不一样的。我国科学家这次在月壤发现的是水分子，而之前科学界所发现的基本上是羟基水或尚未证实的水分子信号。”中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心副研究员金士锋告诉解放日报·上观新闻记者。

水分子，即H2O，是我们经常指代的水，包含两个氢原子和一个氧原子。而羟基水，由一个氢原子和一个氧原子组成，是广义的“水”的一部分。

从月球资源的开发来说，水分子比羟基水更加重要，因为其更容易利用。月球上的羟基水含量很小，大约只有百万分之一量级，甚至远低于地球上的沙子含水量；此外，羟基水所需的分解温度高，通常需要几百上千摄氏度。

【水分子可能来自火山气体】

此次发现的月球水分子究竟从何而来？

据介绍，嫦娥五号采集的月壤样品属于最年轻的玄武岩（大约20亿年），也是迄今为止纬度最高的月球样品。

“最年轻的玄武岩，意味着水分子很可能来自月球最后一次喷发的火山气体。更重要的是，地处北纬43.06度，相当于我国的东北地区，水分子的矿物晶体更容易保持稳定。”金士锋说。

我国科学家在嫦娥五号带回的月壤中发现，月球水分子和铵以一种水合矿物形式出现。该矿物分子式中含有多达六个结晶水，水分子在样品中的质量比高达41%。

这种水合矿物的发现揭示了月球水分子可能存在的另一种形式——水合盐。与易挥发的水冰不同，水合盐在月球高纬度地区非常稳定。这意味着，即使在月球光照区，也可能存在稳定的水分子矿物晶体。

水是生命之源，在月壤中发现水分子有何意义？

在金士锋看来，一方面可以增强对月球早年演化历史的认识。另一方面，为月球资源的开发和利用提供了新的可能性。通过对水的电解，可以获得氧气、氢气；铵元素的储存量在地球也不多，是氮肥的主要有效成分，可用于月球上的植物种植。