2020年12月,嫦娥五号像个小英雄一样,从月球正面悄悄带回了珍贵的1731克「月球土特产」。科学家们围着这些宝贝,像孩子一样兴奋地进行着各种探索。他们不仅用这些样品,刷新了我们对月球岩浆活动年龄的认识,还像侦探一样,终于揭开了月球上是否有水的神秘面纱,告诉我们:是的,月球上也有水存在哦!
嫦娥五号月壤样品展台
中国科学家在月壤中首次发现分子水
在嫦娥五号任务启动前,负责月面采样技术的团队信心满满地表示,我们一定克服所有困难,把月球的土壤带回家,向全国人民交上一份满意的答卷!2020年底,嫦娥五号探测器成功发射,它承载着所有人的期待完成了月面着陆、自动采样、月面起飞、月轨交会对接、再入返回等多项任务,而其中最难、最紧张的部分就是月面采样,每一个环节和动作都必须准确无误,不能有丝毫马虎。为了确保能顺利采集并封装好月壤,北京航天飞行控制中心的地面飞控团队进行了无数次的练习,他们不断优化,力求让机器臂在接触月壤时的误差小于3毫米,并且定位时间不能超过一分钟。
2020年12月2日晚上,经过两天两夜的不停努力,地面飞控团队精准地操控着月面采样系统,成功完成了1次深入月壤的次表层钻取采样和12次表面采样,总共带回了1731克宝贵的月球土壤。这是中国探月工程的一个重要里程碑,标志着我国探月工程「三步走」战略的成功收官。
学生们观看展台上的嫦娥五号月壤样品
月球水的突破性发现:ULM-1矿物
在2022年的研究中,中国科研团队用嫦娥五号探测器上的一个特殊工具——月球矿物光谱分析仪,测量了月壤的含水量,发现每吨月壤大约有120克「水」。而在月球的岩石中,每吨则有180克「水」。但这些「水」是月球自己本来就有的,还是从别的地方来的,都无法确定。同样,这些「水」是以什么样的形式存在,是羟基还是水分子,也是个谜。
由于月球表面没有大气层和磁场的保护,属于超高真空,昼夜温差超级大,白天可以达到100多摄氏度,使得任何可能存在的液态水都迅速蒸发殆尽,无法在这样严酷的环境中留存。
而在今年7月,科学家们在月壤样品中找到了一种全新未知的矿物晶体,叫做六水氯化镁按(ULM-1)。这种矿物里含有微量的水分子和铵,水分子的质量占比达41%,也就是说,每吨这种矿物中大约有410千克「水」。虽然这不是液态水或冰,但在加热的时候,这些「水」可以变成水蒸气。
为了确保这一突破性的发现是准确的,科研团队进行了一系列的化学分析和氯同位素测定,他们用一种叫做纳米二次离子质谱的技术,发现ULM-1矿物中的氯同位素组成和地球上的矿物明显不同,而是和月球矿物的特征相匹配。这个结果排除了样品污染或其他因素对这种水合物来源的影响,证明了这种水合物是月球矿物固有的。
ULM-1的氯同位素组成和地球矿物不同
月球水合盐:未来资源开发的新希望
中国科学院物理研究所的科学家表示,ULM-1这种水合矿物非常稳定,并不是易挥发的水冰。这意味着,月球上的水可能比人们之前认为的要多,而且可能藏在我们意想不到的地方。ULM-1的存在告诉我们,月球上的水可能以一种全新的形式存在,这种水合矿物的稳定性为月球上的「水」资源提供了一种新的保护机制,就像是给它们穿上了一件保护衣,使其在恶劣的月球环境中也能安然无恙。
月壤中发现水分子,这一发现不仅为揭开月球演化的秘密提供了关键线索,也极大地激发了人们探索月球、飞向更远太空目的地的热情。或许,在不远的将来,人类便会实现建设月球基地的梦想。