北京時(shí)間2022年6月15日，《自然通訊》(Nature Communications)在線發(fā)布我國(guó)嫦娥五號(hào)的一項(xiàng)重要研究成果。中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)李春來、劉建軍研究員和上海技術(shù)物理研究所舒嶸研究員領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)，與中科院地質(zhì)地球所、物理所、西安光機(jī)所、地球化學(xué)所，北京空間飛行器總體設(shè)計(jì)部、北京航天飛行控制中心、北京空間機(jī)電研究所等單位合作，在國(guó)際上首次聯(lián)合月球樣品的實(shí)驗(yàn)室分析結(jié)果和月表就位探測(cè)的光譜數(shù)據(jù)，檢驗(yàn)了月球樣品中水的有無、形式和多少，回答了嫦娥五號(hào)著陸區(qū)水的分布特征和來源問題，為遙感探測(cè)數(shù)據(jù)中水的信號(hào)解譯和估算提供了地面真值。
月球有沒有水、有多少水、是什么形式的水、水來自哪里存在著很大的爭(zhēng)議，一直是月球科學(xué)的研究熱點(diǎn)。在嫦娥五號(hào)任務(wù)立項(xiàng)論證之初，研究團(tuán)隊(duì)提出將著陸器上的月球礦物光譜分析儀光譜范圍拓展到了3.2μm，并實(shí)現(xiàn)了國(guó)際上首次月表水光譜吸收特征的就位探測(cè)。為了避免發(fā)動(dòng)機(jī)羽流和太陽(yáng)風(fēng)轟擊月表時(shí)的動(dòng)態(tài)“水”(羥基OH)給就位光譜分析帶來的影響，研究團(tuán)隊(duì)對(duì)獲取就位探測(cè)光譜數(shù)據(jù)的時(shí)機(jī)進(jìn)行了精心設(shè)計(jì)。探測(cè)時(shí)機(jī)選擇在著陸6小時(shí)后以避免CE-5探測(cè)器著陸時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)羽流成分的影響；探測(cè)時(shí)間選擇在月面溫度最高(約62~87攝氏度)的(接近)正午，最大限度地?fù)]發(fā)了月表的動(dòng)態(tài)“水”；光譜測(cè)量時(shí)月球(著陸區(qū))正處于地球磁場(chǎng)的保護(hù)中，屏蔽了太陽(yáng)風(fēng)，避免了太陽(yáng)風(fēng)轟擊產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)“水”(羥基OH)的因素。在這種環(huán)境下嫦娥五號(hào)光譜儀能夠獲得“干凈”的“水”吸收光譜，經(jīng)嚴(yán)格的校正處理和分析，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)嫦娥五號(hào)著陸區(qū)月壤中明顯地含有羥基形式的“水”，但平均含量較低，僅約30ppm。
目前認(rèn)為月球“水”的來源主要有三種可能：一是太陽(yáng)風(fēng)粒子與月表物質(zhì)相互作用產(chǎn)生的(動(dòng)態(tài))羥基物質(zhì)；二是撞擊月球的彗星或隕石帶來的水和含羥基物質(zhì)；三是月球原生(內(nèi)部)水。月球樣品返回地球后，研究團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)室對(duì)返回月球樣品進(jìn)行了系統(tǒng)分析，實(shí)驗(yàn)室光譜分析再次驗(yàn)證了羥基水的明確存在，但“水”的存在形式、含量和來源的研究，需要詳細(xì)的礦物巖石學(xué)分析。阿波羅月球樣品研究認(rèn)為，月壤中(撞擊)膠結(jié)玻璃包含了太陽(yáng)風(fēng)長(zhǎng)期注入形成的羥基物質(zhì)，膠結(jié)玻璃的含量是影響月球樣品中“水”含量的重要因素。返回樣品的實(shí)驗(yàn)室分析表明，嫦娥五號(hào)月球樣品是一類年輕玄武巖，膠結(jié)玻璃含量很少(不足16%)，僅為Apollo 11月球樣品的1/3，由此估算嫦娥五號(hào)月壤樣品中來自太陽(yáng)風(fēng)注入膠結(jié)玻璃形成的“水”不多于18ppm。同時(shí)，嫦娥五號(hào)著陸區(qū)月壤樣品中外來撞擊濺射物非常低，對(duì)“水”的貢獻(xiàn)可以忽略。因此嫦娥五號(hào)月壤樣品中肯定存在來源于月球內(nèi)部的原生水。對(duì)嫦娥五號(hào)月球樣品的實(shí)驗(yàn)室分析，發(fā)現(xiàn)了至少一種含水礦物——羥基磷灰石，其含量不均勻，折合樣品羥基水的含量從0ppm到179ppm不等(平均約17ppm)，證明了嫦娥五號(hào)月壤樣品中存在來自巖漿結(jié)晶過程的“水”，說明“水”在月球晚期巖漿活動(dòng)過程中不僅存在，而且可能起到了非常重要的作用。
本研究成果的月面就位探測(cè)光譜數(shù)據(jù)由中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理所研制的月球礦物光譜分析儀獲取，科學(xué)探測(cè)載荷運(yùn)行管理、數(shù)據(jù)接收和處理由中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)(探月工程地面應(yīng)用系統(tǒng))完成。研究受國(guó)家科技重大專項(xiàng)探月工程三期和中國(guó)科學(xué)院重點(diǎn)部署項(xiàng)目“嫦娥五號(hào)月球樣品的綜合性研究”等項(xiàng)目資助。
(總臺(tái)央視記者 鄭瑋瑋)