2020年12月,嫦娥五號像個小英雄一樣,從月球正面悄悄帶回了珍貴的1731克「月球土特產」。科學家們圍著這些寶貝,像孩子一樣興奮地進行著各種探索。他們不僅用這些樣品,重新整理了我們對月球巖漿活動年齡的認識,還像偵探一樣,終於揭開了月球上是否有水的神秘面紗,告訴我們:是的,月球上也有水存在哦!
嫦娥五號月壤樣品展台
中國科學家在月壤中首次發現分子水
在嫦娥五號任務啟動前,負責月面采樣技術的團隊信心滿滿地表示,我們一定克服所有困難,把月球的土壤帶回家,向全國人民交上一份滿意的答卷!2020年底,嫦娥五號探測器成功發射,它承載著所有人的期待完成了月面著陸、自動采樣、月面起飛、月軌交會對接、再入返回等多項任務,而其中最難、最緊張的部份就是月面采樣,每一個環節和動作都必須準確無誤,不能有絲毫馬虎。為了確保能順利采集並封裝好月壤,北京航天飛行控制中心的地面飛控團隊進行了無數次的練習,他們不斷最佳化,力求讓機器臂在接觸月壤時的誤差小於3毫米,並且定位時間不能超過一分鐘。
2020年12月2日晚上,經過兩天兩夜的不停努力,地面飛控團隊精準地操控著月面采樣系統,成功完成了1次深入月壤的次表層鉆取采樣和12次表面采樣,總共帶回了1731克寶貴的月球土壤。這是中國探月工程的一個重要裏程碑,標誌著中國探月工程「三步走」戰略的成功收官。
學生們觀看展台上的嫦娥五號月壤樣品
月球水的突破性發現:ULM-1礦物
在2022年的研究中,中國科研團隊用嫦娥五號探測器上的一個特殊工具——月球礦物光譜分析儀,測量了月壤的含水量,發現每噸月壤大約有120克「水」。而在月球的巖石中,每噸則有180克「水」。但這些「水」是月球自己本來就有的,還是從別的地方來的,都無法確定。同樣,這些「水」是以什麽樣的形式存在,是羥基還是水分子,也是個謎。
由於月球表面沒有大氣層和磁場的保護,屬於超高真空,晝夜溫差超級大,白天可以達到100多攝氏度,使得任何可能存在的液態水都迅速蒸發殆盡,無法在這樣嚴酷的環境中留存。
而在今年7月,科學家們在月壤樣品中找到了一種全新未知的礦物晶體,叫做六水氯化鎂按(ULM-1)。這種礦物裏含有微量的水分子和銨,水分子的質素占比達41%,也就是說,每噸這種礦物中大約有410千克「水」。雖然這不是液態水或冰,但在加熱的時候,這些「水」可以變成水蒸氣。
為了確保這一突破性的發現是準確的,科研團隊進行了一系列的化學分析和氯同位素測定,他們用一種叫做納米二次離子質譜的技術,發現ULM-1礦物中的氯同位素組成和地球上的礦物明顯不同,而是和月球礦物的特征相匹配。這個結果排除了樣品汙染或其他因素對這種水合物來源的影響,證明了這種水合物是月球礦物固有的。
ULM-1的氯同位素組成和地球礦物不同
月球水合鹽:未來資源開發的新希望
中國科學院物理研究所的科學家表示,ULM-1這種水合礦物非常穩定,並不是易揮發的水冰。這意味著,月球上的水可能比人們之前認為的要多,而且可能藏在我們意想不到的地方。ULM-1的存在告訴我們,月球上的水可能以一種全新的形式存在,這種水合礦物的穩定性為月球上的「水」資源提供了一種新的保護機制,就像是給它們穿上了一件保護衣,使其在惡劣的月球環境中也能安然無恙。
月壤中發現水分子,這一發現不僅為揭開月球演化的秘密提供了關鍵線索,也極大地激發了人們探索月球、飛向更遠太空目的地的熱情。或許,在不遠的將來,人類便會實作建設月球基地的夢想。