水在月球的形成和演化過(guò)程中起著(zhù)至關(guān)重要的作用，也是人類(lèi)在月面活動(dòng)的潛在可利用資源。如今，月球上的水受到人們越來(lái)越多的關(guān)注。在未來(lái)的五年里，許多任務(wù)將集中在月球水的探測上，比如美國航空航天局的“月球開(kāi)拓者”號軌道器和VIPER月球車(chē)、中國的 “嫦娥七號”和“嫦娥八號”等，甚至一些商業(yè)公司也已經(jīng)加入其中。魏勇等（2024）在《中國科學(xué)院院刊》發(fā)表了題為“深空探測科技制高點(diǎn)上的新焦點(diǎn)：月球水資源”的科學(xué)觀(guān)察文章，指出月球水不僅能夠幫助揭示地月系統乃至太陽(yáng)系形成演化的關(guān)鍵過(guò)程，也是行星科學(xué)研究的前沿和學(xué)科建設的重要著(zhù)力點(diǎn)；月球水資源的開(kāi)發(fā)能夠為未來(lái)的深空探測任務(wù)提供燃料和保障人類(lèi)在月球上長(cháng)期生存，是各國各機構擴展深化國際合作、共同利用地外資源造福人類(lèi)的必然選擇。
過(guò)去幾十年的探測，從實(shí)驗室的月壤樣品分析到衛星遙感觀(guān)測再到月面就位測量，多種證據已經(jīng)確認月球上存在水。通過(guò)對有限數量的月壤顆粒的氫同位素測量，已經(jīng)找到了水來(lái)自月球內部、太陽(yáng)風(fēng)注入和小行星/彗星撞擊等多來(lái)源的證據，從而增加了月球水源問(wèn)題的復雜性。如何更具統計意義地表征月壤水的主要來(lái)源，并能更好的代表月面的真實(shí)情況，仍是一個(gè)待解決的問(wèn)題。
嫦娥五號樣品最適合做這個(gè)研究。一方面，嫦娥五號月壤相比于阿波羅月壤更“新鮮”，在返回地球后受到大氣水可能的污染更小；另一方面，同步獲取了采樣區域的原位光譜，可與樣品的實(shí)驗室測量和衛星遙感觀(guān)測建立關(guān)聯(lián)，評估不同方法的有效性和代表性。科學(xué)家對有限的月壤顆粒進(jìn)行了分析，但是否能夠準確代表著(zhù)陸點(diǎn)的區域情況并與遙感觀(guān)測進(jìn)行比較仍未可知。因此，分析大量樣品對于獲得更具代表性的理解至關(guān)重要。與之前的任務(wù)（即Apollo和Luna）相比，嫦娥五號月壤來(lái)自更高的緯度，水含量更具有光譜可測量性。基于以上原因，中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所林紅磊副研究員等組成的科研團隊，在隔絕大氣環(huán)境的手套箱里對大量的嫦娥五號月壤進(jìn)行了光譜測量，從而來(lái)確定月壤水的含量（圖1）。
圖1 嫦娥五號采樣區和返回樣品在實(shí)驗室的光譜測量
月壤顆粒大小和含水量之間的相關(guān)性有助于區分不同的水源。太陽(yáng)風(fēng)注入到月壤中的水顯示出與比表面積的相關(guān)性，而來(lái)自月球本身或彗星的水卻沒(méi)有。因此，通過(guò)比較嫦娥五號月壤細粒和粗粒部分的含水量，可以表征月球風(fēng)化層中水的主要來(lái)源。結果表明，月壤的細粒部分的水含量更高，指示太陽(yáng)風(fēng)注入是月表水的主要來(lái)源，這一發(fā)現為月壤中水的主要來(lái)源提供了統計證據（圖2）。實(shí)驗室、月表原位和衛星遙感光譜的月壤水測量結果非常一致，說(shuō)明該項研究的結論能夠很好的代表月面的真實(shí)情況。
圖2 嫦娥五號月壤樣品光譜及不同粒徑的水含量
在月球中低緯度建站時(shí)，篩選月壤最細的部分進(jìn)行水的提取可能是效率更高的一種方式。水是目前月球上最有可能先利用起來(lái)的資源，其原位利用可以為人類(lèi)月面活動(dòng)和支撐人類(lèi)走向更遠的深空提供支持。在月球極區，永久陰影區的水冰目前是人們關(guān)注的焦點(diǎn)，但在中低緯地區不存在水冰，而人類(lèi)又面臨著(zhù)在中低緯建站的需求，因此怎么利用月壤中的水是一個(gè)重要課題，該項研究成果表明篩選月壤最細的部分進(jìn)行水的提取會(huì )更有效率。
研究成果發(fā)表于SciB（林紅磊, 徐睿, 李帥, 常睿, 惠鶴九, 劉洋, 田恒次, 范開(kāi), 何志平, 賀懷宇, 楊蔚, 林楊挺, 魏勇. Higher water content observed in smaller size fraction of Chang’e-5 lunar regolith samples[J]. Science Bulletin, 2024. DOI: 10.1016/j.scib.2024.05.031.）
