月壤造水不是梦

2024 年6 月25 日，“嫦娥六号”从月球背面采样归来，带回了世界首批月球背面的月壤样品，共计1 935.3 克。更令人惊喜的是，我国“嫦娥五号”月壤研究最近又有新发现，科研团队经过3 年的深入研究，在“嫦娥五号”月壤样品中发现了一种富含水分子和铵的棱柱形板状透明晶体——ULM-1。

提供有水新证据

由于月球几乎没有大气层对太阳辐射的屏蔽作用，当太阳照射到月球表面时，温度可以升至120℃。在这样的高温环境下，任何液态水都会蒸发殆尽。所以，人们通常认为月球上是不可能存在液态水的。

我国科学家这次找到的“水”并不是我们平时见到的“水”，而是光谱仪所探测到的“水”，指的是矿物里的水分子或者羟基，在一定条件下才能转化为我们喝的水。科研人员运用多种仪器、手段分析了ULM-1 的化学成分，发现水和铵在这种矿物中以一种水合物的形式出现，含有多达6 个结晶水，水分子在样品中的质量比高达41%，而且清晰地观察到了源于水分子和铵的特征，甚至还清晰地看到水分子中的氢。这种含水分子的矿物在之前获取的月壤样品中从未发现过，为月球上存在水提供了新的证据。

为了确保这一发现的准确性，科研人员还进行了严格的化学和氯同位素分析。结果发现，该矿物的氯同位素组成和地球矿物显著不同，与月球上的矿物相符，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，确定这种矿物是真正的“月球水”。水合矿物的发现证明，在月球上，水分子可能存在水合盐这种形式。

名副其实的“蓄水池”

水是建设月球科研站及未来开展月球旅行、保障人类生存的关键资源。探寻水资源是月球探测的首要任务之一。

由于月球是一个高真空的环境，即便有自然存在的水，挥发也非常快，所以月球处于非常缺水的状态。因此，想在月球上直接获得水，难度非常大。

但经过深入研究和反复验证，科研人员发现，月壤矿物由于太阳风亿万年的辐照，储存了大量氢，在加热至高温后，会与矿物中的铁氧化物发生氧化还原反应，生成单质铁和大量水。当温度升高至1 000℃以上时，月壤将会熔化，反应生成的水将以水蒸气的方式释放出来。

经过多种实验技术分析，研究团队确认，1 克月壤中可以产生51～76 毫克水。以此计算，1 吨月壤将可以产生51～76 千克水，相当于100 多瓶500毫升的瓶装水，基本可以满足50 人一天的饮水量。

科研团队通过对不同月球矿物的进一步研究，还发现月壤钛铁矿被加热后，可以同步生成大量单质铁和水蒸气气泡，是名副其实的月球“蓄水池”。这种利用月壤原位制备水的方法，所用的能源并不需要从地球上专门运过去，靠太阳能即可满足要求，整个过程的产物也只有铁、水和一些氧化物，所以既简便可行，又清洁环保。

在月球上生产水

那么，月球上的水从何而来？科研人员在进行了广泛的实验室研究和遥感探测之后，提出月球上水的主要来源——

一是太阳风。它是由太阳上的等离子体和高能粒子组成的带电粒子流，不断从太阳表面喷出并向外传播。太阳风中的氢离子与月球表面的氧结合，形成了水分子或羟基。作为高能带电粒子，这些氢离子可以穿透月球表面并进入月球内部，与月球内部物质中的氧结合，形成水分子。这种方法同样可以用于月球人工“造”水。

二是陨石撞击。许多小行星和彗星会撞击月球，可能会带来水和其他挥发性物质。另外，陨石撞击月球表面时产生的上千摄氏度的高温，足以熔化周围的月壤，冷却后形成含有水的玻璃状物质。来自“嫦娥五号”的另一项研究表明，月球上存有封存着水的玻璃珠，就是小天体、微陨石撞击月球的结果。

三是月球“本地水”。有科学家认为，月球形成于45 亿年前，当时可能就已经存在水了。科学家发现，月球的火山口湖结构上存在水的痕迹，而月球的火山口湖结构可能源自形成时的火山活动。现在，月球内部可能也含有水，这些水通过火山活动等方式释放到月球表面。我国科学家发现的ULM-1 中含的水，更有可能是月球的“本地水”。由于热稳定性更强，再加上其高纬度位置，这种六水合物可能有助于在阳光照射的月球上长时间地保存分子水。

基于多项研究结果，科研团队提出一种具有可行性的月球水资源原位开采与利用策略——首先通过凹面镜或菲涅尔透镜聚焦太阳光加热月壤至熔融。加热过程中，月壤将会与太阳风中注入的氢反应，生成水、单质铁和陶瓷玻璃。产生的水蒸气被冷凝为液态水，收集并储存在水箱中，可以满足月球上人类与各种动植物的用水需要。

通过电分解水，可以产生氧气和氢气，氧气可以供人类呼吸，氢气可以作为能源使用。铁可以用于制造永磁和软磁材料，为电力电子器件提供原材料，也可用作建筑材料。熔融的月壤也可以用来制造具有榫卯结构的砖块，用于建造月球基地建筑。

通过实验，科学家已经掌握了利用月壤原位制备水的方法。那么，什么时候才能真正实现在月球上生产水呢？可能最快在2030 年之前。通过“嫦娥八号”，把一个验证性的科研装置发射到月球上去做一些实验。目前，科研团队正在对验证方案和装置进行设计和研发。如果能在月球上成功制备出大量的水，将为未来的月球和深空探索活动提供多方面的支撑。

（责任编辑：陆艳）