我们在月球的基地有多少水可用？| 科技袁人

导言：

嫦娥五号采样区月壤中的水含量在120 ppm即百万分之120以下，而岩石中的水含量约为180 ppm。

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https://v.douyin.com/Yk8AyP5/ 本视频发布于2022年4月2日，点赞量已达1.1w

■ 精彩呈现：

月球上有多少水？显然这是个非常重要的问题，将来我们在月球上建基地就有赖于此。最近，中国通过嫦娥五号得到了一个答案（https://www.cas.cn/zkyzs/2022/01/331/kyjz/202201/t20220118_4822570.shtml）。

1952年，诺贝尔化学奖得主哈罗德·尤里（Harold Clayton Urey，1893 - 1981）提出月球上可能存在太阳永远无法照射到的洼地，后来称为“永久阴影区”，其中可能存在一些挥发性的物质。顺便说一句，尤里是因为发现氢的同位素氘即重氢在1934年获得诺贝尔奖的（https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/1934/urey/facts/），不过他跟他的学生斯坦利·米勒（Stanley Lloyd Miller，1930 - 2007）1952年做的米勒-尤里实验可能在公众中更有名，就是那个通过放电模拟地球早期大气环境发现产生了氨基酸等有机物的实验，对生命起源具有重大的启发。

1969至1972年，阿波罗任务在月球上采集了大量的样品。但月壤很干，宇航员留在月球表面探测大气的仪器无法探测到水，这似乎让“月亮是干的”成为了事实。1978年，苏联科学家Akhmanova在1976年发射的月球24号采集的样品中测量到约0.1%质量比的水，然而这个结果没有受到重视。

1994年，美国的克莱门汀探测器用雷达技术对月球两极进行探测，雷达波的反射模式显示极区永久阴影区的月壤中存在水冰。但阿雷西博地面望远镜观测表明，非永久阴影区也存在类似的雷达波反射模式。水的组成元素是氢和氧，那么，测量月球氢的含量可能是探测水的一个方式。1998年，月球勘探者号携带了一台中子谱仪进入月球轨道，探测到大量的氢，模型估计月球极区可能存在数亿吨的水。

由此引出了探测月球水更直接的方式——在月表反射光谱中寻找水分子或羟基即OH基的吸收特征。2009年，印度的月船一号搭载的月球矿物绘图光谱仪发现，在月球上水随处可见，而且水含量随纬度的增加而增加，还随太阳照射角度的变化而有所变化，这暗示了月球水的太阳风成因。这或许是很多人第一次意识到月球上有水，这里的“水”不一定是水分子，也可能是羟基。此后，卡西尼号、月球勘测轨道飞行器（LRO）等探测器也都确认了月球上有水。

下面，终于轮到嫦娥五号出场了。以前经过半个多世纪的争论和探测，大家“实锤”了月球上水的存在，但月球水的含量、来源仍不清楚。此外，尚未有在月表原位进行水的探测。嫦娥五号携带了月球矿物光谱分析仪，在采样过程中获取了月表的光谱，这是人类第一次有机会在月表近距离、高分辨地探测水的信号。

嫦娥五号光谱仪对采样区约2米 × 2米范围的区域进行光谱观测，除了月壤之外，还包括一块没有带回来的岩石。基于热校正后的光谱检测2.85微米处的特征，发现岩石和月壤体现出不同程度的吸收。根据模型估算，嫦娥五号采样区月壤中的水含量在120 ppm即百万分之120以下，而岩石中的水含量约为180 ppm。

结合样品分析研究表明，月壤中的水大部分来自于太阳风。如果将月壤中120 ppm的水全部作为太阳风来源，那么岩石中多出的水就是180 - 120 = 60 ppm，多出来的这些水可能代表了月球内部的水。

月表水的分布与纬度相关，嫦娥五号是目前返回样品中纬度最高的，这对解析月表水的分布及来源具有重要意义。中国以后会发射嫦娥六号、嫦娥七号，它们将在原位和轨道尺度继续探测月表水的含量、分布。

2021年，中国和俄罗斯宣布将联合建设国际月球科研站（International Lunar Research Station），并欢迎更多的伙伴加入，预期2035年建成（http://m.news.cctv.com/2021/06/16/ARTIVN7mjDUUGvQwKdo3MH7K210616.shtml）。星辰大海，才是我们的征途。

■ 扩展阅读：

■ 作者简介：本文作者袁岚峰，中国科学技术大学化学博士，中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心副研究员，中国科学技术大学科技传播系副主任，中国科学院科学传播研究中心副主任，科技与战略风云学会会长，“科技袁人”节目主讲人，安徽省科学技术协会常务委员，中国青少年新媒体协会常务理事，中国科普作家协会理事，入选“典赞·2018科普中国”十大科学传播人物，微博@中科大胡不归，知乎@袁岚峰（https://www.zhihu.com/people/yuan-lan-feng-8）。

■ 责任编辑：羊羊

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