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月壤撞击玻璃珠内水含量表示图。受访者供图
曩昔20年，科学家在月球概况发现了很多存在水的证据。有科学家料想，月壤深处存在含水层，驱动着全部月球的水循环。那末，月球上的水从那里来？贮存在何处？
现在，中国科学院地质与地球物理研讨所（以下简称地质地球所）研讨员胡森、南京大学地球科学与工程学院教授惠鹤九等科学家合作发现，撞击玻璃珠能够是月球的“迷你水库”——一吨玻璃珠中均匀可含一斤水。相关研讨功效克日颁发于《自然-地球科学》。
“我们的研讨证实撞击玻璃珠能够是一个新的月球储水物资，支持了月表水循环的料想，也诠释了像月球一样没有大气的小行星下水的潜伏来历。”论文通讯作者胡森对《中国科学报》说。
随着对月球探测的日益推动，研讨者以为，经过大量玻璃珠提取水远景可期。
一个意外的发现
2021年冬季的一天，地质地球所地球与行星物理重点尝试室博士生何会存用纳米离子探针检测嫦娥五号月壤样品中的撞击玻璃珠时发现，珠内的水品貌从外至内逐步递加，构成“环带特征”。
她把这个成果提交给导师胡森。胡森的第一反应是“不敢相信”。
很快，胡森把消息告诉了惠鹤九。虽然二人对月球样品都很熟悉，但这位合作伙伴的反应和他一样：“会不会是尝试错了？”
从月球到火星甚至更悠远的其他行星，寻觅与“水”相关的线索一向是科学家研讨行星历史和生命宜居性的一个动身点。
今朝，研讨表白月表虽然有水，但含量低，且呈静态变化。例如，月表水含量仅为10~1000ppm（即一吨月壤中含有0.01千克~1千克水）。同时，其高纬地域水含量明显比低纬地域高，极区能够存在水冰。月表水含量显现出与月球昼夜相关的变化，不异位置晨昏时辰的水含量明显比午时高。
虽然月球几近没有大气，但月表一样存在水循环现象。
美国宇航局（NASA）月球大气与灰尘情况探测使命曾检测到，月球空间情况中的水份子逃逸时候与流星雨事务相关。但经计较，流星雨的输入水量明显小于月球空间的水逃逸量，NASA科学家猜测流星雨撞击月球时会把月壤中贮存的一部分水蒸发到月球空间致使逃逸，并提出了月表水循环料想。该料想以为，月表10厘米到3米地区或存在未被发现的储水层。
但是，近年来，包括胡森在内的国内外很多人对月球分歧矿物或组分的研讨都不支持这一假定。“这些矿物中的水含量少少。”胡森对《中国科学报》说，此前他与合作者发现嫦娥五号月球玄武岩中的全岩水含量仅为62~133ppm。
那末，月表水循环料想究竟能否建立？月壤中能否存在未被发现的储水物资？
胡森与合作者尝试用撞击玻璃珠回答这个题目。撞击玻璃珠是太空中的陨石、小行星等撞击月球后熔融月表的土壤和岩石，熔体溅射构成液滴冷却后构成的。它们有的内部成份单一，有的含有气泡、金属、硫化物等分歧成份。嫦娥五号和阿波罗使命中返回的月壤中含有岩石、矿物碎片、火山玻璃珠、撞击玻璃珠等分歧成份。此前撞击玻璃珠中的水品貌尚未被具体研讨。
初步成果完全超越了他们的预期——玻璃珠内水品貌的“环带特征”说明它极能够来自太阳风。
为了考证这一成果，他们一遍遍频频尝试，接连从110多个月壤玻璃珠中拔取概况滑腻、化学成份与月球玄武岩分歧的32个玻璃珠，经过扫描电子显微镜、离子探针和拉曼光谱等多种方式停止测试后发现，成果和最初分歧。
他们发现，玻璃珠的水品貌较之月壤岩屑更高，最高近2000ppm。“这相当于一吨样品中约有两千克水。”胡森诠释说。
“买通”月球水循环链条
关于月表水的来历，科学家有很多料想。例如，太阳风照顾的氢离子注入月表矿物，月球早期构成时含水并保存至今，彗星和小行星撞击月球时照顾而来。
究竟上，不管是岩浆活动还是撞击天体（照顾水源），都能够通太高温熔融构成撞击玻璃珠。研讨者若何凭仗“环带特征”肯定撞击玻璃珠中的“水”来自太阳风呢？
对此，惠鹤九向《中国科学报》诠释说：“凡是，通太高温熔融构成玻璃珠时‘水会向外跑’，是以玻璃珠内更能够出现水品貌‘里高外低’的情况。”
同时，作为元素周期表中质量最轻的氢，科学家可以经过判定其同位素（氕、氘、氚）特征识别其来历。经过对玻璃珠内氢同位素停止检测，研讨职员发现其与太阳风的氢同位素组成分歧，且为极端贫氘。
这些现象使得他们猜测撞击玻璃珠或能考证月表水循环料想：曩昔数十亿年里，在陨石或小行星撞击感化在月表构成玻璃珠后，太阳风中的氢离子源源不竭到达月球并注入表层的玻璃珠中，构成月球水的来历，保持着月球概况的水循环。
“撞击玻璃珠首要成份是硅酸盐，就像海绵一样。氢注入其中能够会与氧连系构成水，也能够在其他条件下被开释出来。”胡森诠释说，他们也发现有些玻璃珠在前期甚至履历过一定水平的撞击或加热事务，致使水含量剖面叠加了一次去气进程。
数十亿年来，太空天体撞击带来的“翻耕感化”让月壤中普遍存在撞击玻璃珠（含量约为3~5vol%）。研讨者估量，月壤中撞击玻璃珠所承载的水量可到达2.7×1014千克。“这远比地球四大洋的水储量（约1×1021千克）低，但相对来说是挺可观的。”胡森说。
按照这些成果，他们以为，这些直径相当于头发丝粗细的撞击玻璃珠（约30~150微米）是月球概况土壤中的首要水库，但不包括月球两极的冰。
玻璃珠取水远景可期
下一步，假如宇航员常驻月球，能否可以间接“就地取水”？
惠鹤九暗示，经过大量玻璃珠提取水具有远景，但这类水与地球上凡是看到的水份歧，玻璃珠中的水首要以羟基（-OH）形式存在，若何开辟操纵仍需进一步研讨。
审稿人以为这项研讨非常风趣，且提出了重要的新发现。“1972年，一项研讨曾报道了挥发性元素向内分散的现象，但一向以来尚未报道过撞击玻璃珠内水的发现。作者经过一组周全的分析有力证实了羟基存在。”一位审稿人写道。
此外，随着探测才能的提升，科学家发现越来越多无大气的天体概况能够存在水，例如灶神星、水星等。研讨者暗示，这项研讨对于领会这些行星低纬度地域水的来历和成因有重要启迪。
“后续更深入的邃密研讨，例如无大气天体概况水的来历、保存、迁移机制等，对未来深空探测使命原位水资本操纵的计划设想和提取战略等都有重要参考代价。”胡森说。
来历：中国科学报 |
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发表于 2025-7-14 10:14
