每经编辑 张锦(jin)河
据央视(shi)新闻，记(ji)者今(jin)天(tian)（23日）从中国科(ke)学院(yuan)物理研究(jiu)所获悉，中国科(ke)学院(yuan)物理研究(jiu)所/北京凝聚态物理国家研究(jiu)中心研究(jiu)员陈小龙、副(fu)研究(jiu)员金士锋、博士研究(jiu)生郝木(mu)难等，联合北京科(ke)技大学副(fu)教授郭中楠、天(tian)津大学工程师殷博昊、中国科(ke)学院(yuan)青海(hai)盐(yan)湖研究(jiu)所研究(jiu)员马云麒、郑州(zhou)大学工程师邓丽君等，在嫦(chang)娥五(wu)号带回的月球样本中，发现了月球上一种富含水分子和铵的未知矿物晶体——ULM-1。这标志着科(ke)学家首次在月壤中发现了分子水，揭示了水分子和铵在月球上的真实存在形式。该研究(jiu)成果近日在学术期刊《自然-天(tian)文学》（Nature Astronomy）在线发表。
月球上是否存在水，对于(yu)月球演化研究(jiu)和资源开(kai)发至(zhi)关重要。对1969年(nian)至(zhi)1972年(nian)采集的阿波罗样品的研究(jiu)表明，月壤中未发现任何含水矿物。此后，月球不含水成为月球科(ke)学的基本假设，这对认识月球火山演化、月地起源等问题产生了重要影响。1994年(nian)，研究(jiu)人员通过克莱门汀探(tan)测器对月球两极进行观(guan)测，提出极区永(yong)久阴影区的月壤中可(ke)能存在水冰。2009年(nian)，月船一号搭载的月球矿物绘图光谱仪发现，月球表面(mian)存在太阳风导致(zhi)的羟基和/或水分子信号。同(tong)年(nian)，月球观(guan)测和传感卫星以2.5公里/秒的速度(du)撞击了月球永(yong)久阴影区，而对撞击尘埃的遥感测量显示了水的信号。近年(nian)来，遥感数(shu)据表明月球光照区有水分子存在的迹象。针对当年(nian)采集的阿波罗月球样品，科(ke)学家运用高(gao)灵敏度(du)的表征(zheng)技术，在部分玻璃和矿物中发现了百万分之一量级的“水”（H+、OH-或H2O），但(dan)没有水分子存在的确凿证据。
富含水分子和铵的未知矿物晶体——ULM-1和成分组(zu)成
我(wo)国嫦(chang)娥5号采集的月壤样品属(shu)于(yu)最年(nian)轻的玄武岩，是迄(qi)今(jin)为止纬度(du)最高(gao)的月球样品，为月球水的研究(jiu)提供了新机遇。我(wo)国科(ke)研人员开(kai)展的这项研究(jiu)基于(yu)单晶衍射和化学分析发现，这些月球水和铵以一种成分为（NH4,K,Cs,Rb）MgCl3·6H2O的水合矿物形式出现。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(gao)达41%。红外光谱和拉曼光谱上均可(ke)以清晰地观(guan)察(cha)到源于(yu)水分子和铵的特征(zheng)振动峰。晶体的电荷密度(du)可(ke)以清晰地看到水分子中的氢。ULM-1的晶体结构和组(zu)成与地球上近年(nian)来发现的一种稀有火山口矿物相似(si)。地球上，该矿物是由热玄武岩与富含水和氨的火山气(qi)体相互作用形成。这为月球上的水和氨的来源提供了新线索。
为了确保这一发现的准确性，该研究(jiu)进行了严格的化学和氯同(tong)位素分析。纳米二次离子质谱数(shu)据表明，该矿物的Cl同(tong)位素组(zu)成和地球矿物显著不同(tong)，与月球上的矿物相符。研究(jiu)人员对该矿物化学成分和形成条件进行分析，进一步排除(chu)了地球污染或火箭(jian)尾气(qi)作为这种水合物的来源。该六水矿物的存在为月球火山气(qi)体的组(zu)成给(gei)出了重要的约束。热力学分析显示，当时月球火山气(qi)体中水的含量下限(xian)与目前(qian)地球中最为干燥的伦盖火山相当。这揭示了复杂的月球火山脱气(qi)历史，对探(tan)讨月球的演化过程具有重要意义(yi)。
这种水合矿物的发现揭示了月球上水分子可(ke)能存在的一种形式——水合盐(yan)。与易挥发的水冰不同(tong)，这种水合物在月球高(gao)维度(du)地区（嫦(chang)娥5号采样点）非常稳(wen)定。这意味着，即(ji)使在广阔的月球阳光照射区，也可(ke)能存在这种稳(wen)定的水合盐(yan)。这为未来月球资源的开(kai)发和利用提供了新的可(ke)能性。
新华社此前(qian)报道，北京时间2022年(nian)6月15日，《自然通讯》（Nature Communications）在线发布我(wo)国嫦(chang)娥五(wu)号的一项重要研究(jiu)成果。中国科(ke)学院(yuan)国家天(tian)文台李春来、刘建军研究(jiu)员和上海(hai)技术物理研究(jiu)所舒嵘研究(jiu)员领导的团(tuan)队(dui)，与中科(ke)院(yuan)地质地球所、物理所、西安光机所、地球化学所，北京空间飞行器总体设计部、北京航(hang)天(tian)飞行控制中心、北京空间机电研究(jiu)所等单位合作，在国际上首次联合月球样品的实验室分析结果和月表就位探(tan)测的光谱数(shu)据，检验了月球样品中水的有无、形式和多少，回答了嫦(chang)娥五(wu)号着陆区水的分布特征(zheng)和来源问题，为遥感探(tan)测数(shu)据中水的信号解译和估算(suan)提供了地面(mian)真值(zhi)。
月球有没有水、有多少水、是什么(me)形式的水、水来自哪里存在着很(hen)大的争议，一直是月球科(ke)学的研究(jiu)热点。在嫦(chang)娥五(wu)号任务立(li)项论证之初，研究(jiu)团(tuan)队(dui)提出将着陆器上的月球矿物光谱分析仪光谱范围(wei)拓展到了3.2μm，并实现了国际上首次月表水光谱吸收特征(zheng)的就位探(tan)测。为了避免发动机羽流和太阳风轰击月表时的动态“水”（羟基OH）给(gei)就位光谱分析带来的影响，研究(jiu)团(tuan)队(dui)对获取就位探(tan)测光谱数(shu)据的时机进行了精心设计。探(tan)测时机选择在着陆6小时后以避免CE-5探(tan)测器着陆时发动机羽流成分的影响；探(tan)测时间选择在月面(mian)温(wen)度(du)最高(gao)（约62~87摄氏度(du)）的（接近）正午，最大限(xian)度(du)地挥发了月表的动态“水”；光谱测量时月球（着陆区）正处于(yu)地球磁场的保护中，屏蔽了太阳风，避免了太阳风轰击产生的动态“水”（羟基OH）的因素。在这种环境下嫦(chang)娥五(wu)号光谱仪能够(gou)获得“干净”的“水”吸收光谱，经严格的校正处理和分析，研究(jiu)团(tuan)队(dui)发现嫦(chang)娥五(wu)号着陆区月壤中明显地含有羟基形式的“水”，但(dan)平均含量较低，仅约30ppm。
目前(qian)认为月球“水”的来源主要有三种可(ke)能：一是太阳风粒(li)子与月表物质相互作用产生的（动态）羟基物质；二是撞击月球的彗星或陨石带来的水和含羟基物质；三是月球原生（内部）水。月球样品返回地球后，研究(jiu)团(tuan)队(dui)在实验室对返回月球样品进行了系统分析，实验室光谱分析再次验证了羟基水的明确存在，但(dan)“水”的存在形式、含量和来源的研究(jiu)，需要详细(xi)的矿物岩石学分析。阿波罗月球样品研究(jiu)认为，月壤中（撞击）胶结玻璃包含了太阳风长期注入形成的羟基物质，胶结玻璃的含量是影响月球样品中“水”含量的重要因素。返回样品的实验室分析表明，嫦(chang)娥五(wu)号月球样品是一类年(nian)轻玄武岩，胶结玻璃含量很(hen)少（不足16%），仅为Apollo 11月球样品的1/3，由此估算(suan)嫦(chang)娥五(wu)号月壤样品中来自太阳风注入胶结玻璃形成的“水”不多于(yu)18ppm。同(tong)时，嫦(chang)娥五(wu)号着陆区月壤样品中外来撞击溅(jian)射物非常低，对“水”的贡献可(ke)以忽略。因此嫦(chang)娥五(wu)号月壤样品中肯定存在来源于(yu)月球内部的原生水。对嫦(chang)娥五(wu)号月球样品的实验室分析，发现了至(zhi)少一种含水矿物——羟基磷灰石，其(qi)含量不均匀，折合样品羟基水的含量从0ppm到179ppm不等（平均约17ppm），证明了嫦(chang)娥五(wu)号月壤样品中存在来自岩浆结晶过程的“水”，说明“水”在月球晚期岩浆活动过程中不仅存在，而且可(ke)能起到了非常重要的作用。
每日经济新闻综合自央视(shi)新闻、新华社