月の土壌に水を初めて発見しました。どんな野菜を育てるつもりですか？

私たちに最も近い天体である月は、何千年もの間人類の注目を集めてきました。水は生命の源です。月に水が存在するかどうかという問題は、何十年も科学者を悩ませてきました。最近、中国科学院物理研究所の陳暁龍氏のチームは、我が国の嫦娥5号ミッションによって持ち帰られた月の土壌サンプルから、水分子とアンモニウムが豊富な鉱物結晶を発見しましたULM-1 [ ^1]、この発見は、月に水が存在するという新しい「確かな」証拠を提供し、将来の深宇宙探査の無限の可能性を予告するとともに、私たちに無限の想像力をもたらします...

月で野菜を育てる宇宙飛行士の想像丨写真はAIによって生成されました

01、

嫦娥5号の大発見

月には水がありますか？

この問題は何十年も科学者を悩ませてきました。 1969 年から 1972 年の間に収集されたアポロのサンプルの研究では、月の土壌には水和鉱物が見つからないことが示されました。それ以来、「月は乾いている」というのが月科学の基本的な共通認識となったことがあります[2]。 ^{しかし、近年のリモートセンシングと直接衝突ミッションにより、}月には水がある可能性がある

ことが示されました。 1 つ目は、月の極

の近くの永久に影に覆われたクレーター で、大量の水の分子 [3] が検出されたことでした。これらの水分子は通常、水氷^{の形で存在すると考えられています。}

月の2層領域の水氷丨画像出典 [2](左) 月の北極と南極にある水氷(空色の点)が存在する場所。ベース画像のグレースケールは表面温度を表し、色が濃いほど冷たくなります (右) 水の氷を含む 3 つの領域の反射スペクトルの例

さらに、水分子の存在の兆候も見つかりました。月の水

が水氷

以外の形で存在できることを示す高緯度照明エリア [4]。しかし、月の高緯度や極地からのサンプルが不足しているため、水分子の存在に関する決定的な証拠はまだ得られていません。

「嫦娥5号」探査機丨ソースネットワーク2020年12月17日、嫦娥5号サンプルモジュールは内モンゴル自治区西子王旗への着陸に成功し、1,731グラムの月サンプルを持ち帰った。

我が国が地球外物体からのサンプル採取を完了したのはこれが初めてであり、人類が新たな月のサンプルを採取したのは44年ぶりでもある。

嫦娥5号ミッションは、月の北緯43.058度の地域から月の土壌サンプルを回収することに成功しました。この着陸地点の緯度は、アポロ計画や月ミッションの緯度よりもはるかに高く、最も高い月の土壌サンプルです。これまでの緯度

。嫦娥5号によって採取された月の土壌サンプルは、月の水の研究に新たな機会を提供する。 02、

今回発見された「水」とは一体何なのでしょうか？

月には太陽放射を遮る大気がほとんどないため、太陽が月の表面に当たると、その温度は摂氏120度まで上昇することがあります。このような高温環境では、液体の水は蒸発してしまうため、人々は月に液体の水

が存在することは不可能だと考えています。では、今回発見された水とは何でしょうか？ 知っておくべきことは、科学者が研究する「水」は人々が飲む「水」ではないということです。ここで分光計で検出される「水」とは、水分子や鉱物中の水酸基のことで、一定の条件下で私たちが飲む水に変化するものです。 このミネラルウォーターはどのようにして発見されたのですか?嫦娥5号が持ち帰った月の土壌のうち、我が国の科学研究チームが月の土壌サンプルCE5C0400から1,000個以上の鉱物片を選択したことが判明した。これらの破片の中から、科学者たちは角柱状の板状の透明な結晶を発見し、この未知の月の鉱物はULM-1（未知の月の鉱物-1）と名付けられました。

ULM-1 単結晶の写真丨出典参照 [1]

科学者は、ULM-1 の化学組成を分析するためにさまざまな機器を使用しました。この鉱物では

水とアンモニウム

が(NH4,K,Cs,Rb)MgCl3・6H2O

という組成の水和物として存在していることが分かりました。この水和物の分子式には

6個もの結晶水

が含まれており、サンプル中の水分子の質量比は41%にも達します。

この発見の正確性を保証するために、科学者たちは厳密な化学分析と塩素同位体分析も実施しました。ナノ二次イオン質量分析データは、この鉱物の塩素同位体組成が地球の鉱物とは大きく異なり、月の鉱物と一致していることを示しています。 研究者らはまた、鉱物の化学組成と形成条件を分析し、このハイドレートの発生源として地球汚染やロケット排気をさらに除外しました。したがって、このミネラルは本物の「月の水」です。

月面での ULM-1 の形成のレンダリング丨出典: 中国科学院物理研究所

この水和鉱物の発見により、月上の水分子の考えられる形態が明らかになりました -

水和塩。 揮発性の水の氷とは異なり、この水和物は月の高緯度(嫦娥5号採取地)では非常に安定しています。これは、この安定した水和塩は、月の広大な太陽に照らされた領域にも存在する可能性があることを意味します。

03、月の水はどこから来ますか?

多くの科学者による広範な実験室研究とリモートセンシング探査にもかかわらず、月の水の起源と化学的形態は依然としてとらえどころのないままです。科学者たちは、月上の

水は主に3つの源から来ていると提案しています:

太陽風

太陽風は、太陽上の

プラズマと高エネルギー粒子から構成される荷電粒子の流れです。太陽の表面から放出され、外側に広がります。太陽風中の水素イオンは、月の表面の酸素と結合して、水分子またはヒドロキシル基を形成します。これらの水素イオンは高エネルギーの荷電粒子であり、月の表面を透過して月の内部に入り、月の内部物質の酸素と結合して水分子を形成する可能性があります。この方法は、月に水を人工的に「生成」するためにも使用できる可能性がある。

太陽の表面からの高速水素イオンが月の表面に注入され、月の土壌粒子の表面に濃縮されます丨画像出典[5]

隕石衝突

多くの

小惑星彗星が衛星の近くを通過すると、その衝突によって水やその他の揮発性物質がもたらされる可能性があります。さらに、隕石が月面に衝突する際に発生する高温は、月の土壌を溶かすことになります。このような自然活動では、周囲の土壌を溶かし、最終的にはガラスを形成するのに十分な数千度の高温が発生することがよくあります。みたいな素材。同じく嫦娥 5 年の別の研究では、[6]、^{月に水を封じ込めていたこのようなガラス玉の存在は、小さな天体と微小隕石の衝突によって引き起こされ、衝突時に発生した高温により月の土壌が溶けたことが示されました。 、徐々に冷却すると、水を含んだガラスビーズが形成されます。このガラスビーズは「}インパクトガラスビーズ」と呼ばれており、月の「ミニ貯留層」である可能性があります。

地球で見つかった2つの衝突ガラスビーズは、特に黒曜石に似ています丨ソースネットワーク

月の「地元の水」

一部の科学者は、月が形成されたときに水があったと信じています。月は

45億年前に形成され、その当時、月には水が存在していた可能性があります。たとえば、科学者たちは月のクレーター湖構造上に水の痕跡を発見しましたが、これは月の形成時の火山活動に由来する可能性があります。月の内部には現在、火山活動やその他の手段によって表面に放出される水も含まれている可能性があります。

月は地球と他の天体の衝突から生まれたという理論もありますが、最終的には、水は地球から来ている可能性があります丨ソースネットワーク上記の3つの情報源は、次のことにつながる可能性があります。月の水。これまでに発見された月の水は、通常、太陽風、彗星、隕石などの外来起源に起因すると考えられているが、今回の研究は、ULM-1に含まれる水が月の「地元の水」である可能性が高いことを示している。水の氷に比べて六水和物の

より優れた熱安定性

は、高緯度に位置することと相まって、太陽の光に照らされた月上で分子水を長期間保存するのに役立つ可能性があります。

今回発見されたULM-1の結晶構造と組成は、近年地球上で発見された希少なクレーター鉱物と類似していることにも言及する価値があります。地球上では、この鉱物は熱い玄武岩と、水とアンモニアを豊富に含む火山ガスとの相互作用によって形成されます。

04、月での水の用途は何ですか?

月に安定して存在できる水を見つけることは、将来の月資源の開発と利用に新たな可能性をもたらします。

まず第一に、水は生命の源です。宇宙飛行士が月で長期探査ミッションを行う場合、大量の飲料水が必要になります。月に水源が見つかれば、地球から水を輸送するコストは大幅に削減される。さらに、この水は植物の栽培や農業生産にも利用することができます。月面基地に野菜や食用作物などを植えることは、部分的な食料自給率の達成に役立ち、地球から食料を輸送するコストとリスクを軽減することができます。この発見について、研究者のチェン・シャオロン氏は、「この種の水和鉱物にはアンモニウムが豊富に含まれています。アンモニウムは窒素肥料です。地球上で私たちが使用しているのは重炭酸アンモニウムです。さらに、少量のカリウムも含まれています。 「この発見は、人類が将来月で作物を栽培できる大きな可能性をもたらします。」 また、水の電気分解により、酸素と水素を作ることができます。酸素は宇宙飛行士が呼吸するために使用でき、水素は月面探査機やその他の機器の動作をサポートする燃料として使用できます。

将来の月面基地の想像丨画像はAIによって生成されました

つまり、水は将来の月面基地の建設において多くの重要な用途を持っています。 人類が月面に基地を設立し、そこに長期滞在したい場合は、月面の水資源を最大限に利用する必要があります。もちろん、月の水の開発はそれほど簡単ではありません

、月の水のほとんどは極限環境に存在するため、

これらの水資源の抽出と処理は大きな技術的課題となるでしょう。

05、結論

月の水の研究はまだ終わっていません。科学研究者の見解では、月に水の存在を確認し、水の量を推定することは、「月科学研究ステーション」や「月の村」の計画と建設にとって極めて重要であると考えられています。この新たに発見された水分子の存在形態は、月資源の開発・利用にも新たなアイデアを提供し、将来の月資源開発モデルを変える可能性がある。計画によれば、後に我が国が打ち上げた嫦娥7号も引き続き月表面の水の含有量と分布を現場や軌道規模で検出する予定であり、この研究結果は科学的な情報も提供することになる。嫦娥6号、嫦娥7号の情報を提供し、目標達成をサポートします。

嫦娥5号の月の土壌サンプルからの分子水の発見は、間違いなく重要で刺激的な発見です。 月の水資源の開発には多くの困難がありますが、科学技術の継続的な進歩により、月の水資源についての理解も深まり、長期滞在が可能になると私たちは信じています。将来の月面での資源利用をサポートします。

おそらくいつか、私たちは本当に月に住んで、野菜を育て、緑の月を見ることができるでしょう。

記事の表紙画像はAIによって生成されたものであり、本物ではありません。 参考文献

[1]Jin, S.、Hao, M.、Guo, Z. et al. 嫦娥 5 号月サンプル中の水とアンモニウム分子が豊富な水和鉱物の証拠。 Nat Astron(2024).

[2]Team L S P E. アポロ 12 号の月サンプルの予備検査 [J]. Science, (1970), 167(3923): 1325-1339.

• [ 3 ]Li, S.、Lucey, P. G.、Miliken, R. E.、Hayne, P. O.、Fisher, E.、Williams, J. P.、... & Elphic, R. C.. 月の極地における表面に露出した水氷の直接検出。LPI の貢献。 、2018)、2087。

• [4]Honniball、C. I. et al. SOFIA による太陽に照らされた月で検出された分子水。 -Long Hao、Li、他、イメージング技術による 100 nm スケールでの硫黄同位体分析、Frontiers in Chemistry、11、(2023)。

• [6]Honglei Lin 他、水の現場検出嫦娥5号

  lander.Sci
による月。Adv.8、eabl9174(2022).
科学者たちは、帰還した月の土壌から分子水を初めて発見、サイエンスネットワーク
月で発見水分子が豊富な鉱物が土壌で発見、中国科学院の声

• 달 토양에서 물 분자가 풍부한 미네랄이 발견되었습니다. 중국 과학원 물리학 연구소 그룹 A02

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