我們首次在月壤中發現了水，大家準備種點什麼菜?

月球，這顆離我們最近的天體，千百年來一直以來都吸引著人類的目光。而水是生命之源，關於月球上是否存在水，這個問題困擾了科學家幾十年。最近，在我國嫦娥五號任務帶回的月壤樣本中，中國科學院物理研究所的陳小龍團隊發現了一種富含水分子和銨的礦物晶體 ——ULM-1^{[ ——}ULM-1

[

——ULM-1[

1]

，這項發現為月球上存在水提供了新的「實錘」證據，預示著未來深空探索的無限可能，也為我們帶來了無限的遐想…

太空人在月球上種菜的想像圖丨圖片由AI 生成01、^{嫦娥五號的重大發現}

嫦娥五號的重大發現^{月球上到底有沒有水？} 這個問題已經困擾了科學家們幾十年了。對 1969 年至 1972 年採集的阿波羅樣本的研究表明，月壤中

未發現任何含水礦物

。此後，「月球是乾的」一度成為月球科學的基本共識

[2]。 然而，近年來的遙感和直接撞擊任務表明，

月球上可能有水存在

。首先是在

月球兩極附近

的永久陰影隕石坑中，檢測到的大量水分子

[3]。這些水分子通常被認為是以水冰的形式存在。

月球兩級區域的水冰丨圖源參考文獻[2](左) 月球南北極區含有水冰的位置(天藍色點)，底圖的灰度代表表面溫度，顏色越深就越冷；(右) 三處含有水冰區域的反射光譜示例

另外，在

高緯度光照區也發現了水分子存在的跡象，這說明月球上的水能以水冰以外的形式存在 [4]

。不過，由於缺乏來自月球上高緯度和極地地區的樣本，我們還不獲得水分子存在的確切證據。

「嫦娥五號」探測器丨圖源網2020 年 12 月 17 日，嫦娥五號樣品艙成功著陸內蒙古內蒙古王旗號上蒙古四子王登陸了 1731 克四子王著陸。 這是我國首次完成地外天體樣本採集，也是人類 44 年來再次取回新的月球樣本。 嫦娥五號任務成功從月球上北緯 43.058° 的區域取回了月壤樣品，這個著陸點的緯度比阿波羅和月球任務高得多，是迄今為止緯度最高的月球樣品。嫦娥五號所取得的月壤樣本為月球水的研究提供了新的機會。 02、

這次發現的「水」到底是什麼？

由於月球幾乎

沒有大氣層對太陽輻射的屏蔽作用

，當太陽照射到月球表面時，溫度可以升高至 120 攝氏度。在這樣的高溫環境下，任何液態水都會蒸發殆盡，所以人們認為月球上是不可能

存在

液態水 的。那麼這次發現的水是什麼呢？

需要知道的是科學家研究的「水」並不是人們喝的「水」。這裡光譜儀所探測到的“水”，指的是

礦物裡的水分子或羥基，在一定條件下才能轉化為我們喝的水。 這個礦物水是怎麼被發現的呢？原來，在嫦娥五號帶回的月壤中，我國的科學研究團隊從樣本月壤 CE5C0400 中挑選出 1,000 多個礦物碎屑。在這些碎屑中，科學家發現了一種棱柱形板狀透明晶體，這種未知的月球礦物被命名為 ULM-1（unknown lunar mineral-1）。

🎜ULM-1 單晶的照片丨圖源參考文獻 [1]🎜🎜科學家們運用多種儀器手段分析了 ULM-1 的化學成分。結果表明，在這種礦物中，🎜水和銨🎜以一種成分為 🎜(NH4,K,Cs,Rb)🎜🎜MgCl3·6H2O🎜 的水合物形式出現。這種水合物分子式中含有多達 🎜6 個結晶水🎜，水分子在樣本中的🎜質量比高達 41%🎜。 🎜

為了確保這項發現的準確性，科學家們也進行了嚴格的化學和氯同位素分析。奈米二次離子質譜數據表明，該礦物的氯同位素組成和地球礦物顯著不同，與月球上的礦物相符。 研究人員也對此礦物化學成分和形成條件進行分析，進一步排除了地球污染或火箭廢氣作為這種水合物的來源。因此，這種礦物就是貨真價實的「月球水」。

ULM-1 在月球形成效果圖丨圖源中國科學院物理研究所

這種水合礦物的發現揭示了月球上水分子可能存在的一種形式 —— 水合鹽水。與易揮發的水冰不同，這種水合物在月球高緯度地區（嫦娥五號採樣點）非常穩定。這意味著，即使在廣闊的月球陽光照射區，也可能存在這種穩定的水合鹽。

03、月球上的水是從何而來？

儘管現在有許多科學家進行了廣泛的實驗室研究和遙感探索，月球水的起源和化學形式仍然難以捉摸。科學家提出，月球上的水主要有三個來源：

太陽風

太陽風是由太陽上的等離子體和高能粒子組成的帶電粒子流，它不斷並從太陽表面噴出向外傳播。太陽風中的氫離子與月球表面的氧結合，形成了水分子或羥基。這些氫離子是高能量帶電粒子，它們也可以穿透月球表面並進入月球內部，與月球內部物質中的氧結合，形成水分子。這種方法同樣可以用於人工在月球上「製造」水。

來自太陽表面的高速氫離子注入到月球表面並富集在月壤顆粒表層丨圖源參考文獻[5]

隕石撞擊彗星和許多彗星

月球，它們的撞擊可能會帶來水和其它揮發性物質。另外，隕石撞擊月球表面時產生的高溫會熔化月壤，在此類自然活動中，往往會產生上千度的高溫，這足以熔化周圍的土壤，最終形成玻璃狀物質。同樣來自嫦娥五號的另一項研究顯示 [6]，^{月球上存在著這種封存著水的玻璃珠，就是源於小天體以及微隕石的撞擊，撞擊中產生的高溫熔化了月壤，並在逐漸冷卻後，形成含有水的玻璃珠。這些玻璃珠被稱為“}撞擊玻璃珠”，它們可能是月球的“迷你水庫”。

兩塊在地球上發現的撞擊玻璃珠，看起來特別像黑曜石丨圖源網

月球「本地水」

也有科學家認為，月球形成時就有水。月球形成於

45 億年前，當時月球上可能就已經存在水了。例如，科學家發現月球的火山口湖結構上有水的痕跡，而月球的火山口湖結構可能源自於形成時的火山活動。現在月球內部可能也含有水，這些水透過火山活動等方式釋放到月球表面。

也有學說認為月球起源於地球和其他天體碰撞，這些水歸根究底可能還是來自地球丨圖源網絡

以上三個來源可能都會導致月球上有水。雖然先前發現的月球水通常歸因於太陽風、彗星和隕石等外來的來源，但這項研究表明，這次發現的 ULM-1 中含的水

更有可能是月球的「本地水」。與水冰相比，這種六水合物的熱穩定性更強，再加上其高緯度位置，可能有助於在陽光照射的月球上很長時間地保存分子水。

另外值得一提的是，這次發現的 ULM-1 的晶體結構和組成與地球上近年來發現的一種

稀有火山口礦物相似。在地球上，該礦物是由熱玄武岩與富含水和氨的火山氣體相互作用形成。

04、月球上的水有什麼用？

在月球上找到能穩定存在的水，為未來月球資源的開發和利用提供了新的可能性。

首先，水是生命之源，太空人在月球上進行長期探測任務時，需要大量的飲用水。如果能夠在月球上找到水源，將大大減少從地球運送水的成本。再就是利用這些水可以進行植物栽培和農業生產。在月球基地內種植一些蔬菜、糧食作物等，有助於實現部分食物的自給自足，減少從地球運輸食物的成本和風險。這次的發現，研究人員陳小龍表示，「這類水合礦物中富含銨，銨是一種氮肥，我們地球上用的是碳酸氫銨。除此之外還有少量的鉀，鉀屬於鉀肥，這個發現為未來人類在月球上種植作物提供很大的可能性」。

另外，透過電解水，可以產生氧氣和氫氣。氧氣可以供太空人呼吸，而氫氣可以作為燃料，支持月球車和其他設備的運作。

未來月球基地想像圖丨圖片由 AI 產生

總之，水在未來的月球基地建設中具有多方面的重要應用。 如果人類要在月球上建立基地並長期停留，就需要將月球上的水資源最大化地利用。當然，月球上的水並不那麼容易被開發，因為月球上的水大多存在於極端環境下，提取和加工這些水資源將是一個巨大的技術挑戰。

05、結語

月球水的研究遠未結束。在科研人員看來，證實月球上存在水並估算水量，對」月球科研站」、「月球村」的規劃和建造至關重要。這種新發現的水分子的存在形式也為月球資源的開發和利用提供了新思路，可能改變未來月球資源的開發模式。按照計劃，我國之後發射的嫦娥六號、嫦娥七號也將在原位和軌道尺度繼續探測月表水的含量、分佈，這項研究成果也將為嫦娥六號、嫦娥七號的科學目標實現提供支撐。

這次從嫦娥五號的月壤樣本中發現分子水，無疑是一個重要且令人興奮的發現。 儘管對月球水資源的開發困難重重，但是相信隨著科學技術的不斷進步，我們對月球上的水資源也將有更多的了解，為我們未來在月球上的長期駐留和資源利用提供重要支持。 或許有朝一日，我們真的能在月球上生活、種菜，能看到一個綠色的月亮。

文章封面圖由 AI 生成，並非真實存在。

參考文獻

• [1]Jin, S., Hao, M., Guo, Z. et al.  Evidence of a hydrated mineral enriched in water and ammonium moleles in 15 . Nat Astron(2024).

• [2]Team L S P E. Preliminary examination of lunar samples from Apollo 12[J]. Science, (1970）, 167(3923): 135 3]Li, S., Lucey, P. G., Milliken, R. E., Hayne, P. O., Fisher, E., Williams, J. P., ... & Elphic, R. C.. Direct Detections of Surface Exposed Water Ice in the Lunar Polar Regions. LPI Contributions, 2018), 2087.

• [4]Honniball, C. I. et al. Molecular water detected on the sunlit Moon by SOFIA. Nat. Astron. 5, 121127 月Jia-Long Hao,Li,et al. NanoSIMS sulfur isotopic analysis at 100 nm scale by imaging technique, Frontiers in Chemistry, 11, (2023).

• . on the Moon by the Chang'E-5
lander.Sci
• . Adv.8,eabl9174(2022).

• 科學家首次在返回月壤中發現分子水，科學網

  科學家首次在返回月壤中發現分子水，科學網

• 我國壤中發現富含水分子的礦物，中科院之聲

• Minerals rich in water molecules were found in the lunar soil, Group A02 of the Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences

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