水汪汪的月球？

王世杰 李雄耀

2018年的春節(jié)前夕，著名學(xué)術(shù)期刊《自然：地球科學(xué)》刊發(fā)了美國(guó)太空科學(xué)研究所（Space Science Institute）的高級(jí)研究員約書(shū)亞·班菲爾德（Joshua Bandfield）的一篇文章，稱(chēng)：“月球上水的存在似乎并不取決于月球表面的組成成分，而且水的分布十分廣泛?！边@一發(fā)現(xiàn)讓全世界的航天人興奮不已：這是真的嗎？月球上的水可用嗎？月球基地指日可待？其實(shí)，關(guān)于月球“水”的問(wèn)題一直以來(lái)都存在爭(zhēng)議。在這里，讓我們來(lái)揭開(kāi)它神秘面紗的一角，更好地認(rèn)識(shí)一下月球“水”。

請(qǐng)相信：月球真有水！

一直以來(lái)，月球一直被深信是極其干燥的，這很容易從它的出身得以理解：月球形成于一個(gè)火星大小的“忒亞”（小天體，用神話故事中月球女神的母親命名）與原生地球碰撞與地球發(fā)生的大碰撞。在這一過(guò)程中，形成月球的物質(zhì)經(jīng)歷高達(dá)上千度的高溫蒸發(fā)，水等容易揮發(fā)的組分都在高真空中逃逸得干干凈凈。但是， 1994年卡萊門(mén)汀號(hào)雷達(dá)在月球極區(qū)首先探測(cè)到了可能是水冰引起的極化信號(hào)增強(qiáng)；為了證實(shí)月球極區(qū)水冰的存在，1998年月球勘探者號(hào)攜帶中子譜儀對(duì)兩極進(jìn)行了探測(cè)，發(fā)現(xiàn)月球兩極確實(shí)存在氫離子的富集。而隨后的卡西尼號(hào)、深度撞擊號(hào)、月船一號(hào)、月球軌道勘查器等探測(cè)任務(wù)也均發(fā)現(xiàn)月球存在水的信號(hào)。尤其是月船一號(hào)，它所攜帶的高光譜儀獲取大量光譜探測(cè)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)月球表面很多區(qū)域在2.8微米的紅外波段具有明顯水的吸收特征。班菲爾德就是通過(guò)分析這些數(shù)據(jù)得出了月球表面廣泛存在水的結(jié)論。這確實(shí)是真的，大量的探測(cè)數(shù)據(jù)已經(jīng)證實(shí)了月球確實(shí)存在水。

要知道：彼水非此水！

但是，這里所說(shuō)的月球“水”并非傳統(tǒng)意義上的水。通常我們我們所說(shuō)的水是以氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)三種形式存在的自由水。除此之外，水還以和礦物共存，以吸附水、結(jié)構(gòu)水、結(jié)晶水、沸石水和層間水的形態(tài)存在礦物之中。這其中結(jié)構(gòu)水和結(jié)晶水是以成鍵的強(qiáng)結(jié)合方式存在。比如：高嶺土（化學(xué)式：Al4（Si4O10）（OH）8）和石膏（Ca（SO4）·2H2O）。結(jié)晶水在 200～500度的高溫下才會(huì)擺脫束縛丟失，而結(jié)構(gòu)水比結(jié)晶水的結(jié)合更牢固，在更高的溫度甚至晶格被破壞時(shí)才會(huì)丟失。而只有這種形態(tài)的水，才能夠在月球表面的極端環(huán)境下保留，因此，Bandfield所發(fā)現(xiàn)的月球表面廣泛分布的水是存在于礦物中的結(jié)構(gòu)水。這種形態(tài)的水要想利用非常困難，除了結(jié)合很強(qiáng)之外，它的含量通常比較低。打個(gè)形象的比方，利用月球上這些結(jié)構(gòu)水好比你在沙漠里撿了塊石頭要用石頭里的水一樣。要認(rèn)清：此水特征！

月球早在30億年前就已經(jīng)停止強(qiáng)烈的地質(zhì)活動(dòng)了，它給我們保留了很多太陽(yáng)系古老的信息。月球表面廣泛存在的水極有可能形成于太陽(yáng)風(fēng)的長(zhǎng)期作用，水的保存逃逸特性、氫同位素特征是揭示太陽(yáng)系水的起源、早期物質(zhì)組成等重要線索。因此，月球水雖然難以利用，但卻蘊(yùn)藏著極其重要的科學(xué)價(jià)值，需要我們進(jìn)一步挖掘和探索。（（編輯/高緯時(shí)）