月球有多少水，月球的水含量

在过去的二十年里，科学家们发现了越来越多的月球表面存在水的证据。一些科学家推测，月球土壤深处存在含水层，驱动着整个月球的水循环。那么月球的水从哪里来？储存在哪里？

目前，中国科学院地质与地球物理研究所（以下简称地质与地球物理研究所）研究员胡森、地学部教授胡玖等科学家目前，科学与工程学院正在与南京大学等科学家合作进行调查研究人员发现，珠子可能是月球的“微型水库”————一吨玻璃珠平均可以容纳一磅水。相关研究成果近期发表于《自然-地球科学》。

“我们的研究证明，撞击玻璃珠可能是月球上一种新的储水材料，证实了对月球表面水循环的猜测，也证实了没有像月球这样大气层的小行星中存在水的潜力。它还描述了月球表面水的潜在来源。”供应，”该报称。《中国科学报》。

随着月球探索变得越来越先进，研究人员相信通过大量玻璃珠提取水的可能性是有希望的。

意外的发现

2021年冬天的一天，地质与地球科学研究所地球与行星物理重点实验室的博士生何慧群用纳米离子探针探测到了与嫦娥五号相撞的玻璃珠。在月球土壤样本中，他发现珠子内部的水量从外部逐渐减少，形成“环形特征”。

她将结果提交给导师胡森老师。胡森的第一句话是：“我不敢相信。”

随即，胡仙将这个消息转达给了胡九。尽管我们都熟悉月球样本，但我的搭档也有类似的反应。 “实验不会有错吧？”

从月球到火星乃至更远的地方，寻找与水有关的线索一直是科学家研究行星历史和宜居性的起点。

现在的研究表明，虽然月球表面存在水，但其含量很少且动态变化。例如，月球表面的含水量仅为10至1000 ppm（即1吨月壤含有0.01公斤至1公斤水）。同时，高纬度地区的含水量明显高于低纬度地区，极地地区可能存在水冰。月球表面的水量根据月球的昼夜而变化，即使在同一位置，黎明和黄昏时的水量也比中午高得多。

虽然月球几乎没有大气层，但月球表面也存在水循环。

NASA月球大气和尘埃环境探测任务发现，月球空间环境中水分子的逃逸时间与流星雨事件有关。但计算表明，从流星雨流入的水量明显少于从月球空间流出的水量，而且NASA科学家认为，当流星雨撞击月球时，他们推测储存的一些水在月球土壤中可能会逃脱。他们还提出了有关月球水循环的推论。据推测，月球表面10厘米至3米深之间可能存在未被发现的水库。

然而，近年来，包括傅森在内的国内外许多人对月球各种矿物和成分的研究并不支持这一假说。 “这些矿物的含水量很低。”胡森告诉《中国科学报》，他和他的合作者此前发现，整个嫦娥五号月球玄武岩的含水量只有62%，他说他发现的是133ppm。

那么，关于月球表面水循环的预测是否正确呢？月球土壤中是否存在未被发现的储水物质？

哈森和他的合作者试图通过撞击玻璃珠来回答这个问题。当来自太空的陨石或小行星与月球相撞，融化月球表面的土壤和岩石，并溅射并冷却成液滴时，就会形成撞击玻璃珠。有些具有单一的内部成分，而另一些则包含不同的成分，例如气泡、金属和硫化物。嫦娥五号和阿波罗任务返回的月壤含有岩石、矿物碎片、火山玻璃珠、撞击玻璃珠等多种成分。玻璃珠中的水含量尚未详细研究。

初步结果完全超出了他们的预期，33,354 颗玻璃珠中水丰度的“环特征”表明它很可能来自太阳风。

为了验证这个结果，他们多次重复实验，从110多个月球玻璃珠中，找到了32个表面光滑、化学成分与月球玄武岩相匹配的玻璃珠，并利用扫描电子显微镜、离子探针进行分析。和拉曼光谱。经过各种方式测试，我们发现结果与最初的结果一致。

他们发现玻璃珠中的水含量高于月球风化层碎片中的水含量，达到近2,000 ppm。 “这相当于一吨样品中含有约2 公斤水，”Hussen 解释道。

“打通”月球水循环链

科学家们对月球表面水的来源有很多猜测。例如，太阳风携带的氢离子被注入月球表面的矿物质中，水存在于月球的早期形成中并保留至今，当彗星和小行星撞击月球时被带走。

事实上，无论是岩浆活动还是撞击物体（携带水源），都可以通过高温熔化形成撞击玻璃珠。研究人员如何根据“环特征”确定碰撞玻璃珠中的“水”来自太阳风？

对此，汇合久享《中国科学报》解释道： “通常，当玻璃珠通过高温熔化形成时，玻璃珠内的水含量更有可能‘内部较多’，因为‘水流出’而外部较低。” ”

同时，氢是元素周期表中质量最轻的，因此科学家可以通过表征其同位素（氕、氘、氚）来识别其来源。通过检测玻璃珠中的氢同位素，研究人员发现它们与太阳风的氢同位素组成相匹配，并且氘含量极低。

这些现象使他们推测玻璃珠碰撞可能能够检验有关月球表面水循环的预测。在过去的数十亿年里，陨石和小行星撞击月球表面并形成玻璃珠后产生了氢离子。乘太阳风到达月球并注入月球表面的玻璃珠成为月球的水源，维持月球表面的水循环。

“撞击玻璃珠的主要成分是硅酸盐，就像海绵一样。注入玻璃珠的氢气可以与氧气结合形成水，或者在其他条件下释放出来。有些玻璃珠后来也经历了一定程度的撞击胡森说，加热，导致脱气过程叠加在水分含量曲线上。

数十亿年来，由于空间物体碰撞产生的“犁耕效应”，撞击玻璃珠在月球土壤中变得常见（含量约为3-5 vol%）。研究人员估计，撞击月球土壤的玻璃珠输送的水量达到2.7 x 1014 公斤。 “这比地球四大洋的水储量（约11021公斤）要少得多，但相对而言，这是一个很大的数量。”胡森说。

根据这些结果，他们认为直径与人类头发厚度（约30 至150 微米）相当的撞击玻璃珠是月球土壤的主要储存库；不包括表面冰。月球的两极。

图片来源：胡森等人从玻璃珠中提取水的前景广阔

接下来，如果宇航员留在月球上，是否能够直接“就地取水”？

惠和久表示，通过大量玻璃珠提取水是有前途的，但这种水与地球上正常发现的水不同，玻璃珠内的水主要是羟基（-OH）的形式存在。开发利用仍需进一步研究。

审稿人认为这项研究很有趣，并提出了重要的新发现。 “1972年的一项研究报告了挥发性元素内部扩散的现象，但没有报告碰撞玻璃珠内部存在水的发现。作者发表了一系列综合性的文章，通过我们的分析，我们为水的存在提供了有力的证据。羟基，”作者在书评中写道。

此外，随着探测能力的提高，科学家发现越来越多的大气物体表面可能存在水，包括灶神星和水星。研究人员表示，这项研究对于了解这些行星低纬度地区水的来源和形成具有重要意义。

“继续对非大气物体表面水的来源、储存和运输机制进行更深入、更细致的研究，将为大气外物体原位水资源利用的设计和提取策略提供重要参考。 “未来的深空探索任务，”胡森解释道。

来源：中国科学报

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