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月球上有水吗?嫦娥五号揭示着陆区月表水含量

2022-1-10 09:27| 查看: 3189

摘要: 月球上有水吗?由中科院地质地球所行星科学团队与上海技术物理研究所、国家空间科学中心、夏威夷大学、南京大学合作的科研团队合作,通过对嫦娥五号所携带“月球矿物光谱分析仪”探测的数据进行研究,首次获得了月表 ...
月球上有水吗?由中科院地质地球所行星科学团队与上海技术物理研究所、国家空间科学中心、夏威夷大学、南京大学合作的科研团队合作,通过对嫦娥五号所携带“月球矿物光谱分析仪”探测的数据进行研究,首次获得了月表原位条件下的水含量。最新研究显示,1吨月壤中约有120克“水”,1吨岩石中约有180克水。这一研究成果2022年1月8日在《科学-进展》上发表。科研团队介绍,光谱仪所探测到的水指矿物里的水分子或者羟基,在一定条件下才能转化为可以喝的水。

△嫦娥五号采样区背景图和水含量

2020年12月,嫦娥五号探测器成功着陆在了月球风暴洋北部地区,并将1731克的月球样品返回地球,基于样品的实验室研究,确定了着陆区玄武岩的年龄约为20亿年。除了采集月球样品返回地球之外,嫦娥五号探测器的另外一个重要任务是在原位条件下获取采样区的形貌与物质成分,解析月表水特征。月表水的探测对于约束月球的形成过程、月球科研站建设和原位资源利用等都至关重要。

经过半个多世纪的争论和探测,各种“实锤”证据让人们相信月球上是有水存在的,但月球水的含量、来源等仍是需要研究的问题。光谱技术是目前探测月球水及其分布较为直接的方式。此前,来自光谱仪的数据都是从距离月面遥远的月球上空观测到的证据,人类还从来没有在月球表面原位直接进行过水的探测。嫦娥五号探测器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,第一次有机会在月表近距离、高分辨的探测水的信号。

△嫦娥五号测量光谱与实验室样品、轨道光谱对比

据了解,嫦娥五号光谱仪对采样区约2米×2米范围的区域进行了光谱观测,除了月壤之外还包括了一块没有带回来的岩石。探测发现岩石和月壤体现出不同程度的吸收。实验室的数据显示矿物中水的含量与其光谱吸收强度具有很好的线性关系,这个线性关系主要与粒径相关。根据目前已有月壤样品的测量,它们的平均粒径约60~80微米,据此估算嫦娥五号采样区的水含量在120ppm以下;而岩石中的水含量约为180ppm。相当于1吨月壤中大约有120克水,1吨岩石中大约有180克水。

成分估算结果显示,采样区的岩石与月壤成分相差很大,来源不一致。通过遥感数据的辅助分析,该岩石可能与嫦娥五号着陆区西北方向的古老低钛玄武岩(~34亿年)比较一致。结合样品分析,月壤中的水绝大部分是来自于太阳风的贡献。如果将月壤中120ppm的水全部作为太阳风来源,岩石中仍多出来60ppm的水,多出来的这些水可能代表了月球内部水。而嫦娥五号着陆区年轻玄武岩本身的水含量低,可能说明了着陆区月幔较干或经历了大量脱气的过程,这与风暴洋地区长期的火山喷发是一致的。

△水的光谱吸收参数ESPAT与水含量之间的关系

嫦娥五号着陆器上的月球矿物光谱仪对着陆点的月壤和岩石进行了反射率光谱测量,根据2.85微米的明确吸收特征,首次提供了月球上水的原位探测证据。嫦娥五号是目前唯一一次既返回样品又获取到月表原位光谱的任务,样品能够详细分析水在月壤颗粒中的分布、存在形式,并可利用同位素示踪来源,而原位光谱可以与轨道遥感建立联系,能够研究月表水的全球性分布和时间变化特征。月表水的分布可能与纬度高度相关,嫦娥五号是目前返回样品中纬度最高的,这对研究月表水的分布及来源具有重要意义。

科研团队介绍,嫦娥六号、嫦娥七号将在原位和轨道尺度继续探测月表水的含量、分布,这一研究成果也将为嫦娥六号、嫦娥七号的科学目标实现提供支撑。

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