在月球上“采水”，为何犹如“捕风捉影”？

今年，中国的嫦娥七号探测器将成为世界上首次尝试在月球上采集并直接测量水资源的探测器。然而，科学家们最近发出警示：在月球上找水，可能比我们想象中更“脆弱”，一次不经意的触碰，就可能导致宝贵的水资源瞬间消失。

首先，为何要登上月球找水？

水可以支持人类在月球上的长期活动，例如提供饮用水、氧气以及生产火箭燃料，对于未来人类建立月球基地、实现长期驻留至关重要。而且它们更可能被转化为火箭燃料，让月球成为通往更深远宇宙的“加油站”。

不过，月球上的水与地球上的水截然不同，它被锁在冻土层中，不与空气接触，仅靠低温和真空维持。近几十年来，绕月卫星的遥感测绘反复提示——在月球两极，特别是那些永远照不到阳光的“永久阴影区”里，极有可能封存着大量的水冰。

但遥感只能“猜测”，无法“确认”。冰到底以何种形态存在、含量多少、是否易于开采，所有这些问题的答案，都只能通过“亲手”触摸和分析月壤来获得。这正是嫦娥七号使命的核心。

为此，嫦娥七号的月球车将携带一套采样系统，用于从不同位置和深度采集少量月壤样本。

然而，新的问题又来了，由于月球上的水以“冻土”的形式存在，且被锁在严寒和近乎真空的环境中，当探测器的机械臂采样器刮过含冰月壤时，哪怕只是摩擦产生的轻微热量，都可能打破平衡，让水分子从固态冰直接升华成水蒸气。

在真空环境下，这些水汽会瞬间逃逸到太空中，消失得无影无踪。哈尔滨工业大学和中国科学院的研究团队警告，如果不对这种“接触性流失”进行精确校准，最终的测量结果可能会出现“一个数量级”的偏差，严重影响科学结论的可靠性。

面对这一挑战，嫦娥七号的探测车携带了一套极其精巧且谨慎的采样系统。它不像传统的铲子或钻头，而是通过一个可以旋转并轻轻压入土壤的薄板来采集样本，以最大程度减少对月壤的扰动。

每次采集的样本量仅相当于一小撮盐。采样后，整个薄板会被迅速密封，转移至探测车内部的一个舱室中。在那里，样本将被缓慢加热，以便科学家测量释放的水蒸气量并估算土壤的含水量。研究团队表示，在这个阶段，水分损失更容易控制。但真正的挑战在于从触碰到密封前的那个瞬间。

为了攻克这一难关，科学家们在地球上尽可能地复现了月球环境。他们以阿波罗16号任务采集的样本为基础，制备了人造月壤，并通过在真空环境下将水蒸气沉积到低温土壤上来添加冰。实验在接近真空和低温的条件下进行，以尽可能地模拟月球南极的环境，同时考虑了月球较弱的重力和冻土的硬度。

测试表明，采样器能够可靠且重复地采集精确量的土壤样本。但测试也凸显了一个持续存在的挑战：水分会在多个阶段流失，从最初与土壤接触到转移和加热。

为了解决这个问题，研究团队开发了一种校准方法，它能根据采样过程中传感器记录的压力、温度等数据，动态重建并补偿在每个阶段损失的水量。

研究人员表明：“一方面，我们验证了月球挥发物测量仪所使用的微型采样装置在技术上是可行的。另一方面，这项工作为未来在月球上进行数据处理和解读奠定了基础。”

嫦娥七号计划于今年晚些时候从中国南方的文昌航天发射场发射升空。该任务将携带来自中国和国际合作伙伴的15余台科学仪器，设计运行时间为八年，使其能够从月球南极和轨道传回大量科学数据。