30亿美元一吨！嫦娥五号带回的月球样本，价值高到哪种程度？

一吨要价三十亿美元的物质究竟是什么？为什么各国科学家会为了几十毫克的月壤争得头破血流？答案，就藏在嫦娥五号带回来的那不到两公斤的样本里。

2020年，嫦娥五号从月球正面风暴洋北部带回了1.731千克的月壤和月岩，这是继1972年阿波罗计划结束之后，人类时隔近半个世纪再一次从月球取样返回。样品运抵地球后，很快被分发给国内数十家科研单位，参与的科学家达到几百人。

三年多来，围绕这些样品，我国科学家已经取得了多项重要科学发现，包括发现了嫦娥石等新矿物，最近又首次在样品中发现了含有分子水的矿物，这一成果引起了媒体和公众的广泛关注。

要理解这项发现的价值，需要先了解科学家是如何在月壤中发现并确认含分子水矿物的。月球土壤中的矿物组成十分复杂，在形成之后又经历了数十亿年的改造，包括陨石撞击、太阳风和宇宙射线的照射等，这些过程使得月球土壤的组成和结构明显不同于地球上的土壤。

以前发现的水与人们通常所说的、由两个氢原子和一个氧原子结合形成的水并不相同，而是指氢离子或羟基，它们存在于月壤的一些矿物和玻璃之中，科学家把它们统称为水。

而这次发现的是分子水，也就是H₂O，存在于一种富含水分子和氨的微量矿物晶体之中，被研究人员命名为ULM-1。为了确认这一发现，科研人员采用了多种高精尖的测试分析技术，包括单晶衍射、红外光谱和拉曼光谱测量，以及二次离子纳米离子分析技术。

通过单晶衍射和化学分析，研究人员在月壤中发现了一种新的矿物晶体，其组成较为复杂，包括氢、氯、钠、镁、氯和氧等八种元素。

这种矿物分子中含有多达六个结晶水，如果按照质量分数计算，水分子在这个样品中的质量占比高达百分之四十一。在红外和拉曼光谱上也可以清晰看到源于水分子和氨的特征振动峰，晶体的电荷密度分析也能清晰显示水分子中的氢。

这样高的含水比例，出现在长期被认为极度干燥的月壤矿物之中，本身就是一件颇令人意外的事。

那么如何证明这是月球本身的水，而不是在地球上被污染所致呢？研究人员又采用了最先进的纳米二次离子质谱技术进行了同位素检测。

数据表明，这种矿物里面的氯、铜、硅等元素组成与地球矿物显著不同，δD值高达千分之二十四，与月球上的矿物相符。对该矿物化学成分和形成条件的分析，进一步排除了地球污染或火箭尾气作为这种水货来源的可能性。

这种矿物又是如何形成的呢？尽管是在月球样本中首次发现，但研究人员发现，ULM-1的晶体结构和组成与地球上近年来发现的一种稀有矿物相似，后者存在于火山口中。

在地球上，这种矿物是由热的玄武岩与富含水和氨的火山气体相互作用所形成的。而这次发现的ULM-1矿物晶体也存在于火山岩形成的月壤中，可能具有类似的形成机制。

值得一提的是，嫦娥五号样品之所以让科学家如此兴奋，不仅在于它含水，还在于它"年轻"。研究表明，这批样品的年龄要比当年美国阿波罗计划带回的样品年轻十多亿岁，平均只有不到二十亿年，是迄今为止人类采集到的最年轻的月球玄武岩之一。

这意味着月球在相当"晚"的时期还存在过火山活动，也为研究月球的形成和演化过程提供了此前难以获得的关键窗口。

说到这里，很多人会有一个疑问：既然阿波罗和苏联的月球取样任务加起来已经带回了近四百公斤月壤和月岩，为什么之前从未在其中发现分子水，反而要等到嫦娥五号呢？两者的样品到底存在哪些重大差异？

阿波罗11号在1969年就返回了首批月球样品，此后又连续返回五次，总共达到381公斤；前苏联也曾三次采样返回,共获得三百多克月壤。根据当时的研究，月壤非常干燥，且在所有样品中均没有发现任何含水矿物。

此后，"月球样品不含水"就成为月球科学的基本假设，对认识月球火山演化和月地起源问题产生了重大影响。

尽管如此，人们对月球是否有水的追问并没有停止。首先对"无水论"提出质疑的，是遥感探测数据。1994年，美国的克莱门汀探测器对月球两极进行了探测，发现了氢或羟基的信号，科学家由此提出，极区永久阴影区的月壤中可能存在水冰。

到2009年，印度月船一号搭载的月球矿物绘图光谱仪也发现月球极区有水，而且进一步发现月球表面很大区域都可能存在由太阳风主导的羟基或水分子，且水的含量与纬度有关。

同年，为了确认月球永久阴影区内是否真的有水，美国的遥感卫星以每秒2.5公里的速度撞击了月球南极的一个永久阴影区，并在撞击尘埃中检测到了水分子的信号，含量不超过百分之五。至此，科学家也大都认可月球两极的永久阴影区里是有水的，这也成为多个国家未来月球探测的重点。

那么为何当年没有在月球样本中发现水的痕迹呢？这主要是因为当时的测试技术还不够先进。

月壤中的水实在太少了，一般的仪器根本检测不出来，这并不说明阿波罗样品中真的一点水都没有。事实上，针对当年采集的阿波罗月球样品，人们近年来运用高灵敏度的表征技术，也在部分玻璃和矿物中发现了PPM量级的水，即氢、羟基或水。

这也与嫦娥五号样品中检测到的水得到了相互验证。从这个角度看，尽管阿波罗样品和嫦娥五号样品来自月球不同区域，它们都含有微量的水。

未来在嫦娥六号样品中，也很有可能会发现不同形式的水。除了水，嫦娥五号样品之所以引起全球关注，还有一个更被反复提及的原因——它蕴藏着一种在地球上储量极少、开采成本高达三十亿美元一吨的神秘物质，也就是氦-3。

核工业北京地质研究院能进入嫦娥五号样品第一批分发单位名单、拿到五十毫克样本，正与研究这类稀有资源密切相关。氦-3被视为未来可控核聚变最理想的燃料之一，地球上几乎没有原生储量，而月壤在数十亿年的太阳风轰击下积累了相当可观的含量。

业内提出的"2050年前取得突破"，从长远看并不是一句空话。再回到分子水本身，这项新发现的意义相当可观。在科学上，该含水矿物的存在将为月球火山气体的组成提供重要约束。

这些发现揭示了一个复杂的月球火山脱气历史，也就是说，月球早期在火山喷发时，是有一定量的水以及氯等挥发性组分的，岩浆可能不像以前所认为的那么干。这项发现也与此前中国科学家在月球矿物内部发现了原生羟基水一致，共同指向月球岩浆中可能含有一定的水。

它们都不同于月球两极永久阴影区里的冰冻水，同时也为月球上水和氨的来源提供了新的线索。

在应用前景方面，分子水显然要比羟基和氢离子更容易利用。而且它们出现在中纬度区域的火山性分布区域，分布范围可能比较广，为月球水资源的探索和利用提供了更多的想象空间。

当然目前还不能过分乐观。尽管水在这个矿物中的质量百分比达到41%，但这种含水矿物在月壤中所占的比例太少，因此暂时还不能指望通过它来实现未来月球宇航员的用水自由。

从1972年最后一次载人登月到2020年嫦娥五号返回，人类整整隔了四十八年才再次捧起月壤。这一千七百多克样品带回的，不只是月球正面一小片土地的信息，更是一份关于月球演化、火山活动、水的存在形式和资源潜力的全新答卷。

小小的月壤颗粒里，既藏着分子水这样颠覆传统认知的科学突破，也藏着氦-3这样每吨报价三十亿美元的战略资源想象。它们让人们重新审视月球的真实面貌：不再是一颗完全干枯、贫瘠的死星，而是一颗仍有故事、仍有价值的近邻天体。

或许若干年后回望，嫦娥五号那一次并不算漫长的旅程，会被视为人类真正开始把月球当作"资源星球"来研究和布局的起点，而不是一次单纯象征意义上的往返。