中国科学家在月壤中首次发现分子水

中国青年报客户端北京7月23日电（中青报·中青网记者 邱晨辉）月球上究竟有没有水？中国科学家给出了最新判断。记者今天从中国科学院获悉，中国科学家在嫦娥五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。这标志着科学家首次在月壤中发现分子水，揭示了水分子和铵在月球上的真实存在形式。

这一重要研究的论文近日在国际学术期刊《自然-天文学》在线发表。研究由中国科学院物理研究所北京凝聚态物理国家研究中心研究员陈小龙、副研究员金士锋、博士研究生郝木难等，联合北京科技大学副教授郭中楠、天津大学工程师殷博昊、中国科学院青海盐湖研究所研究员马云麒、郑州大学工程师邓丽君等合作完成。

月球上是否存在水，对于月球演化研究和资源开发至关重要，是科学家致力于破解的重要研究课题：对1969年至1972年采集的阿波罗样品的研究表明，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，研究人员通过克莱门汀探测器对月球两极进行观测，提出极区永久阴影区的月壤中可能存在水冰。近年来，遥感数据表明月球光照区有水分子存在的迹象。针对当年采集的阿波罗月球样品，科学家运用高灵敏度的表征技术，在部分玻璃和矿物中发现了百万分之一量级的“水”，但没有水分子存在的确凿证据。

2020年12月，嫦娥五号“采撷月壤”月球归来，这也是人类探测器时隔40多年再次将月球样品带回地球。嫦娥五号采集的月壤样品属于最年轻的玄武岩，是迄今为止纬度最高的月球样品，为月球水的研究提供了新机遇。我国科研人员开展的这项研究基于单晶衍射和化学分析发现，这些月球水和铵以一种水合矿物形式出现。

陈小龙介绍，该矿物分子式中含有多达6个结晶水，水分子在样品中的质量比高达41%。红外光谱和拉曼光谱上均可以清晰地观察到源于水分子和铵的特征振动峰。晶体的电荷密度可以清晰地看到水分子中的氢。ULM-1的晶体结构和组成与地球上近年来发现的一种稀有火山口矿物相似。地球上，该矿物是由热玄武岩与富含水和氨的火山气体相互作用形成。

“这为月球上的水和氨的来源提供了新线索。”金士锋说。

据他介绍，为了确保这一发现的准确性，研究人员进行了严格的化学和氯同位素分析。纳米二次离子质谱数据表明，该矿物的Cl同位素组成和地球矿物显著不同，与月球上的矿物相符。研究人员对该矿物化学成分和形成条件进行分析，进一步排除了地球污染或火箭尾气作为这种水合物的来源。热力学分析显示，当时月球火山气体中水的含量下限与目前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历史，对探讨月球的演化过程具有重要意义。

郝木难表示，这种水合矿物的发现揭示了月球上水分子可能存在的一种形式——水合盐。与易挥发的水冰不同，这种水合物在月球高纬度地区非常稳定。这意味着，即使在广阔的月球阳光照射区，也可能存在这种稳定的水合盐。

“这为未来月球资源的开发和利用提供了新的可能性。”陈小龙说。