我们首次在月壤中发现了水，大家准备种点什么菜?

月球，这颗离我们最近的天体，千百年来一直以来都吸引着人类的目光。而水是生命之源，关于月球上是否存在水，这个问题困扰了科学家们几十年。最近，在我国嫦娥五号任务带回的月壤样品中，中国科学院物理研究所的陈小龙团队发现了一种富含水分子和铵的矿物晶体 ——ULM-1^[1]，这一发现为月球上存在水提供了新的“实锤”证据，预示着未来深空探索的无限可能，也给我们带来了无限的遐想……

宇航员在月球上种菜的想象图丨图片由 AI 生成

01、嫦娥五号的重大发现

月球上到底有没有水？这个问题已经困扰了科学家们几十年了。对 1969 年至 1972 年采集的阿波罗样品的研究表明，月壤中未发现任何含水矿物。此后，“月球是干的”一度成为月球科学的基本共识 ^[2]。

然而，近年来的遥感和直接撞击任务表明，月球上可能有水存在。首先是在月球两极附近的永久阴影陨石坑中，检测到的大量水分子 ^[3]。这些水分子通常被认为是以水冰的形式存在。

月球两级区域的水冰丨图源参考文献 [2]

(左) 月球南北极区含有水冰的位置 (天蓝色点)，底图的灰度代表表面温度，颜色越深就越冷；(右) 三处含有水冰区域的反射光谱示例

另外，在高纬度光照区也发现了水分子存在的迹象，这说明月球上的水能以水冰以外的形式存在 ^[4]。不过，由于缺乏来自月球上高纬度和极地地区的样本，我们还不获得水分子存在的确凿证据。

“嫦娥五号”探测器丨图源网络

2020 年 12 月 17 日，嫦娥五号样品舱成功着陆内蒙古四子王旗，带回了 1731 克月球样品。这是我国首次完成地外天体样品采集，也是人类 44 年来再次取回新的月球样品。嫦娥五号任务成功从月球上北纬 43.058° 的区域取回了月壤样品，这个着陆点的纬度比阿波罗和月球任务高得多，是迄今为止纬度最高的月球样品。嫦娥五号取得的月壤样品为月球水的研究提供了新的机遇。

02、这次发现的“水”到底是什么？

由于月球几乎没有大气层对太阳辐射的屏蔽作用，当太阳照射到月球表面时，温度可以升高至 120 摄氏度。在这样的高温环境下，任何液态水都会蒸发殆尽，所以人们认为月球上是不可能存在液态水的。那么这次发现的水是什么呢？

需要知道的是科学家研究的“水”并不是人们喝的“水”。这里光谱仪所探测到的“水”，指的是矿物里的水分子或者羟基，在一定条件下才能转化为我们喝的水。

这个矿物水是怎么被发现的呢？原来，在嫦娥五号带回的月壤中，我国的科研团队从样品月壤 CE5C0400 中挑选出 1,000 多个矿物碎屑。在这些碎屑中，科学家发现了一种棱柱形板状透明晶体，这种未知的月球矿物被命名为 ULM-1（unknown lunar mineral-1）。

ULM-1 单晶的照片丨图源参考文献 [1]

科学家们运用多种仪器手段分析了 ULM-1 的化学成分。结果表明，在这种矿物中，水和铵以一种成分为 (NH4,K,Cs,Rb)MgCl3·6H2O 的水合物形式出现。这种水合物分子式中含有多达 6 个结晶水，水分子在样品中的质量比高达 41%。

Pour garantir l’exactitude de cette découverte, les scientifiques ont également effectué des analyses chimiques et isotopiques rigoureuses du chlore. Les données de spectrométrie de masse des ions nanosecondaires montrent que la composition isotopique du chlore de ce minéral est très différente de celle des minéraux terrestres et correspond à celle des minéraux de la Lune. Les chercheurs ont également analysé la composition chimique et les conditions de formation du minéral, excluant en outre la la pollution terrestre ou les gaz d'échappement des fusées comme source de cet hydrate. Ce minéral est donc la véritable « eau lunaire ».

Rendu de la formation d'ULM-1 sur la lune丨Source : Institut de physique, Académie chinoise des sciences

La découverte de ce minéral hydraté révèle une forme possible de molécules d'eau sur la lune -

hydratée sel. Contrairement à la glace d'eau volatile, ​​cet hydrate est très stable dans les hautes latitudes de la lune (site d'échantillonnage de Chang'e 5). Cela signifie que Ce sel hydraté stable peut exister même dans les vastes zones ensoleillées de la lune.

03, D'où vient l'eau sur la lune ?

Malgré des recherches approfondies en laboratoire et des explorations par télédétection menées par de nombreux scientifiques, l'origine et la forme chimique de l'eau lunaire restent insaisissables. Les scientifiques suggèrent que

l'eau sur la Lune provient principalement de trois sources :

Vent solaire

Le vent solaire est un flux de particules chargées

composées de plasma et de particules de haute énergie sur le soleil. éjecté de la surface du soleil et se propage vers l’extérieur. Les ions hydrogène présents dans le vent solaire se combinent avec l'oxygène à la surface de la lune pour former des molécules d'eau ou des groupes hydroxyles. Ces ions hydrogène sont des particules chargées de haute énergie qui peuvent également pénétrer la surface lunaire et pénétrer à l'intérieur de la lune, se combinant avec l'oxygène des matériaux internes de la lune pour former des molécules d'eau. Cette méthode pourrait également être utilisée pour « produire » artificiellement de l’eau sur la Lune.

Des ions hydrogène à grande vitesse provenant de la surface du soleil sont injectés dans la surface de la lune et enrichis à la surface des particules du sol lunaire丨Référence de la source de l'image [5]

Impact de météorite

De nombreux

astéroïdes et les comètespassent par les Lunes, leurs impacts peuvent apporter de l'eau et d'autres matières volatiles. De plus, la température élevée générée lorsque les météores frappent la surface lunaire fera fondre le sol lunaire. Lors de telles activités naturelles, des températures élevées de plusieurs milliers de degrés sont souvent générées, ce qui est suffisant pour faire fondre le sol environnant et éventuellement former du verre-. comme du matériel. Une autre étude également de Chang'e 5 a montré que [6], ^{L'existence de telles billes de verre scellant l'eau sur la lune était causée par l'impact de petits corps célestes et de micrométéorites. La température élevée générée lors de l'impact a fait fondre le sol lunaire. , et après refroidissement progressif, des billes de verre contenant de l'eau se forment. Ces perles de verre sont appelées «} perles de verre à impact » et elles pourraient être les « mini-réservoirs » de la Lune.

Deux perles de verre à impact trouvées sur Terre ressemblent particulièrement à de l'obsidienne丨Source Network

Lune « eau locale »

Certains scientifiques pensent également qu'il y avait de l'eau lorsque la lune s'est formée. La Lune s'est formée il y a

4,5 milliards d'années, et de l'eau existait peut-être sur la Lune à cette époque. Par exemple, les scientifiques ont découvert des traces d'eau sur la structure du lac de cratère de la Lune, qui pourraient provenir de l'activité volcanique lors de sa formation. L'intérieur de la Lune peut désormais également contenir de l'eau, qui est libérée à la surface par l'activité volcanique et d'autres moyens.

Il existe également des théories selon lesquelles la lune est issue de la collision entre la terre et d'autres corps célestes. En dernière analyse, l'eau peut provenir de la terre. Réseau sourceLes trois sources ci-dessus peuvent conduire à. de l'eau sur la lune. Alors que l'eau lunaire découverte précédemment est généralement attribuée à des sources exotiques telles que le vent solaire, les comètes et les météorites, cette étude montre que l'eau contenue dans l'ULM-1 est plus probablement « l'eau locale » de la lune. La

plus grande stabilité thermique

de l'hexahydrate par rapport à la glace d'eau, qui, combinée à sa situation à haute latitude, peut aider à préserver l'eau moléculaire pendant de longues périodes sur la lune éclairée par le soleil.

Il convient également de mentionner que la structure cristalline et la composition de l'ULM-1 découverte cette fois sont similaires à un minéral rare de cratère découvert sur Terre ces dernières années. Sur Terre, le minéral est formé par l'interaction du basalte chaud avec des gaz volcaniques riches en eau et en ammoniac.

04, A quoi sert l'eau sur la Lune ?

Trouver de l'eau qui peut exister de manière stable sur la Lune offre de nouvelles possibilités pour le développement et l'utilisation des ressources lunaires à l'avenir.

Tout d’abord, l’eau est source de vie. Lorsque les astronautes effectuent des missions d’exploration de longue durée sur la Lune, ils ont besoin de beaucoup d’eau potable. Si des sources d’eau pouvaient être trouvées sur la Lune, le coût du transport de l’eau depuis la Terre serait considérablement réduit. De plus, cette eau peut être utilisée pour la culture des plantes et la production agricole. Planter des légumes, des cultures vivrières, etc. sur la base lunaire contribuera à atteindre une autosuffisance alimentaire partielle et à réduire les coûts et les risques liés au transport de la nourriture depuis la Terre. Concernant cette découverte, le chercheur Chen Xiaolong a déclaré : « Ce type de minéral hydraté est riche en ammonium. L'ammonium est un engrais azoté. Ce que nous utilisons sur terre est du bicarbonate d'ammonium. De plus, il y a aussi une petite quantité de potassium, qui est un "Cette découverte offre aux humains une grande possibilité de cultiver des plantes sur la Lune à l'avenir." De plus, grâce à électrolyse de l'eau, oxygène et hydrogène peuvent être produits. Les astronautes peuvent utiliser l'oxygène pour respirer, tandis que l'hydrogène peut être utilisé comme carburant pour soutenir le fonctionnement des rovers lunaires et d'autres équipements.

Imagination de la future base lunaire丨L'image est générée par l'IA

En bref, l'eau a de nombreuses applications importantes dans la construction de la future base lunaire. Si les humains veulent établir une base sur la Lune et y rester longtemps, ils doivent maximiser l’utilisation des ressources en eau sur la Lune. Bien sûr, l’eau sur la Lune n’est pas si facile à exploiter

, car la majeure partie de l’eau sur la Lune existe dans des environnements extrêmes,

extraire et traiter ces ressources en eau sera un énorme défi technique.

05, Conclusion

Les recherches sur l'eau lunaire sont loin d'être terminées. De l'avis des chercheurs scientifiques, confirmer l'existence de l'eau sur la Lune et estimer la quantité d'eau sont essentiels à la planification et à la construction de « stations de recherche scientifique lunaire » et de « villages lunaires ». Cette forme d'existence nouvellement découverte des molécules d'eau fournit également de nouvelles idées pour le développement et l'utilisation des ressources lunaires, et pourrait changer le modèle de développement des ressources lunaires à l'avenir. Selon le plan, les Chang'e-6 et Chang'e-7 lancés plus tard par notre pays continueront également à détecter le contenu et la répartition de l'eau de surface lunaire in situ et à l'échelle orbitale. Ces résultats de recherche fourniront également des données scientifiques. informations pour Chang'e-6 et Chang'e-7 Fournir un soutien pour la réalisation des objectifs.

La découverte de eau moléculaire à partir des échantillons de sol lunaire de Chang'e 5 est sans aucun doute une découverte importante et passionnante. Bien qu'il existe de nombreuses difficultés dans le développement des ressources en eau sur la Lune, nous pensons qu'avec les progrès continus de la science et de la technologie, nous aurons également une meilleure compréhension des ressources en eau sur la Lune, ce qui nous permettra de résider à long terme. et l'utilisation des ressources sur la lune à l'avenir.

Peut-être qu'un jour, nous pourrons vraiment vivre sur la lune, faire pousser des légumes et voir une lune verte.

L'image de couverture de l'article est générée par l'IA et n'est pas réelle. Références

[1]Jin, S., Hao, M., Guo, Z. et al. Preuve d'un minéral hydraté enrichi en molécules d'eau et d'ammonium dans l'échantillon lunaire Chang'e-5. Nat Astron(2024) ]Li, S., Lucey, PG, Milliken, RE, Hayne, PO, Fisher, E., Williams, JP, ... et Elphic, RC. Détections directes de la glace d'eau exposée en surface dans les régions polaires lunaires. , 2018), 2087.

[4]Honniball, C. I. et al. Eau moléculaire détectée sur la Lune éclairée par SOFIA 5, 121-127 (2021).

• [5] Jia. -Long Hao, Li, et al. Analyse isotopique du soufre NanoSIMS à l'échelle de 100 nm par technique d'imagerie, Frontiers in Chemistry, 11, (2023).

• [6]Honglei Lin et al., Détection in situ de l'eau sur la Lune par le Chang'E-5

  lander.Sci
.Adv.8,eabl9174(2022).
Des scientifiques ont découvert pour la première fois de l'eau moléculaire dans le sol lunaire retourné, Science Network
Des scientifiques chinois découvert sur la Lune Des minéraux riches en molécules d'eau ont été trouvés dans le sol, Voix de l'Académie chinoise des sciences

• Des minéraux riches en molécules d'eau ont été trouvés dans le sol lunaire, Groupe A02 de l'Institut de Physique, Académie Chinoise des Sciences

Cet article provient du compte public WeChat : Compte public WeChat (ID : null), auteur : Gongzi

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