月壤造水不是夢

2024 年6 月25 日，“嫦娥六號”從月球背面采樣歸來，帶回了世界首批月球背面的月壤樣品，共計1 935.3 克。更令人驚喜的是，我國“嫦娥五號”月壤研究最近又有新發現，科研團隊經過3 年的深入研究，在“嫦娥五號”月壤樣品中發現了一種富含水分子和銨的棱柱形板狀透明晶體——ULM-1。

提供有水新證據

由于月球幾乎沒有大氣層對太陽輻射的屏蔽作用，當太陽照射到月球表面時，溫度可以升至120℃。在這樣的高溫環境下，任何液態水都會蒸發殆盡。所以，人們通常認為月球上是不可能存在液態水的。

我國科學家這次找到的“水”并不是我們平時見到的“水”，而是光譜儀所探測到的“水”，指的是礦物里的水分子或者羥基，在一定條件下才能轉化為我們喝的水。科研人員運用多種儀器、手段分析了ULM-1 的化學成分，發現水和銨在這種礦物中以一種水合物的形式出現，含有多達6 個結晶水，水分子在樣品中的質量比高達41%，而且清晰地觀察到了源于水分子和銨的特征，甚至還清晰地看到水分子中的氫。這種含水分子的礦物在之前獲取的月壤樣品中從未發現過，為月球上存在水提供了新的證據。

為了確保這一發現的準確性，科研人員還進行了嚴格的化學和氯同位素分析。結果發現，該礦物的氯同位素組成和地球礦物顯著不同，與月球上的礦物相符，進一步排除了地球污染或火箭尾氣作為這種水合物的來源，確定這種礦物是真正的“月球水”。水合礦物的發現證明，在月球上，水分子可能存在水合鹽這種形式。

名副其實的“蓄水池”

水是建設月球科研站及未來開展月球旅行、保障人類生存的關鍵資源。探尋水資源是月球探測的首要任務之一。

由于月球是一個高真空的環境，即便有自然存在的水，揮發也非常快，所以月球處于非常缺水的狀態。因此，想在月球上直接獲得水，難度非常大。

但經過深入研究和反復驗證，科研人員發現，月壤礦物由于太陽風億萬年的輻照，儲存了大量氫，在加熱至高溫后，會與礦物中的鐵氧化物發生氧化還原反應，生成單質鐵和大量水。當溫度升高至1 000℃以上時，月壤將會熔化，反應生成的水將以水蒸氣的方式釋放出來。

經過多種實驗技術分析，研究團隊確認，1 克月壤中可以產生51～76 毫克水。以此計算，1 噸月壤將可以產生51～76 千克水，相當于100 多瓶500毫升的瓶裝水，基本可以滿足50 人一天的飲水量。

科研團隊通過對不同月球礦物的進一步研究，還發現月壤鈦鐵礦被加熱后，可以同步生成大量單質鐵和水蒸氣氣泡，是名副其實的月球“蓄水池”。這種利用月壤原位制備水的方法，所用的能源并不需要從地球上專門運過去，靠太陽能即可滿足要求，整個過程的產物也只有鐵、水和一些氧化物，所以既簡便可行，又清潔環保。

在月球上生產水

那么，月球上的水從何而來？科研人員在進行了廣泛的實驗室研究和遙感探測之后，提出月球上水的主要來源——

一是太陽風。它是由太陽上的等離子體和高能粒子組成的帶電粒子流，不斷從太陽表面噴出并向外傳播。太陽風中的氫離子與月球表面的氧結合，形成了水分子或羥基。作為高能帶電粒子，這些氫離子可以穿透月球表面并進入月球內部，與月球內部物質中的氧結合，形成水分子。這種方法同樣可以用于月球人工“造”水。

二是隕石撞擊。許多小行星和彗星會撞擊月球，可能會帶來水和其他揮發性物質。另外，隕石撞擊月球表面時產生的上千攝氏度的高溫，足以熔化周圍的月壤，冷卻后形成含有水的玻璃狀物質。來自“嫦娥五號”的另一項研究表明，月球上存有封存著水的玻璃珠，就是小天體、微隕石撞擊月球的結果。

三是月球“本地水”。有科學家認為，月球形成于45 億年前，當時可能就已經存在水了。科學家發現，月球的火山口湖結構上存在水的痕跡，而月球的火山口湖結構可能源自形成時的火山活動。現在，月球內部可能也含有水，這些水通過火山活動等方式釋放到月球表面。我國科學家發現的ULM-1 中含的水，更有可能是月球的“本地水”。由于熱穩定性更強，再加上其高緯度位置，這種六水合物可能有助于在陽光照射的月球上長時間地保存分子水。

基于多項研究結果，科研團隊提出一種具有可行性的月球水資源原位開采與利用策略——首先通過凹面鏡或菲涅爾透鏡聚焦太陽光加熱月壤至熔融。加熱過程中，月壤將會與太陽風中注入的氫反應，生成水、單質鐵和陶瓷玻璃。產生的水蒸氣被冷凝為液態水，收集并儲存在水箱中，可以滿足月球上人類與各種動植物的用水需要。

通過電分解水，可以產生氧氣和氫氣，氧氣可以供人類呼吸，氫氣可以作為能源使用。鐵可以用于制造永磁和軟磁材料，為電力電子器件提供原材料，也可用作建筑材料。熔融的月壤也可以用來制造具有榫卯結構的磚塊，用于建造月球基地建筑。

通過實驗，科學家已經掌握了利用月壤原位制備水的方法。那么，什么時候才能真正實現在月球上生產水呢？可能最快在2030 年之前。通過“嫦娥八號”，把一個驗證性的科研裝置發射到月球上去做一些實驗。目前，科研團隊正在對驗證方案和裝置進行設計和研發。如果能在月球上成功制備出大量的水，將為未來的月球和深空探索活動提供多方面的支撐。

（責任編輯：陸艷）