月球发现水源，为资源就地利用更好开展太空探索提供便利

李传福

长久以来，月球被视为一片极度干燥的荒原。“月球上是否存在水”一直是科学界探究的热点话题。美国阿波罗登月任务带回的样本在初步分析中仅显示了极微量的水，而这些微量水被质疑可能是来自地球的污染。

近年来，我国嫦娥五号任务采集的月壤样品为中国科学家进一步开展相关探索工作提供了条件。

近日，中国科学家在国际期刊《自然·天文学》在线发表论文指出，在嫦娥五号带回的月球样本中发现了一种含有分子水的矿物晶体。这一发现不仅首次证实了月壤中水分子的存在，还揭示了月球上水分子以分子水的形式存在。

在对月球表面探测中，作为一种关键技术仪器，月球矿物光谱仪通过测量月球表面反射的特定波长光的能量，来推断月球表面是否存在“水”。需要说明的是，月球矿物光谱仪所探测到的“水”，是指矿物里的水分子或者羟基。此前的研究中，科学家获得了月球表面原位条件下的“水”含量，1吨月壤中大约有120克“水”，然而难以区分这些“水”是水分子还是羟基。

在最新的研究中，科学家通过精确的单晶衍射和化学组分分析，在月球样本中发现一种含水矿物，其结构中包含6个水分子构成的分子水，分子水在矿物样本中的质量占比高达41%。红外和拉曼光谱技术清晰地揭示了分子水的吸收特征，而电荷密度分析则进一步确认了分子水中的氢原子。

这种含水矿物的晶体结构与地球上一种罕见的火山口矿物相似，后者是由热玄武岩与富含水和氨的火山气体相互作用形成的，表明月球上的含水矿物可能与火山活动有着密切的联系。为了验证上述发现的准确性，研究人员对含水矿物的成分和形成条件进行了深入分析，排除了地球污染或火箭尾气作为分子水来源的可能性。

这次发现的含水矿物表明，月球上存在一种以水合盐形式的分子水。与容易挥发的水冰不同，这种分子水在月球的高纬度地区非常稳定，即使在阳光直射的区域也可能存在。

了解月球上的水储量及其分布，对于规划未来人类登月任务和其他太空探索计划至关重要。水不仅是维持生命的关键资源，更为重要的是，可以转化为液态氢和液态氧作为火箭燃料，这为月球成为太阳系深处或更远太空任务的燃料补给站提供了可能性。月球的低重力和真空环境为从月球发射火箭提供了天然优势，所需的燃料远少于地球，这使得月球资源的就地利用在太空探索中占据了核心地位。

随着对这一发现的深入研究，我们有望揭开更多关于月球的秘密，包括分子水的来源、分布，以及如何在月球上有效利用这些资源，这不仅将推动科学的发展，也为人类在太空中的生存和探索提供新的机遇。

（作者系华中科技大学绿色能源工业研究中心工程师、英国皇家化学会会员）