北京時間2022年6月15日，《自然通訊》(Nature Communications)在線發(fā)布我國嫦娥五號的一項重要研究成果。中國科學院國家天文臺李春來、劉建軍研究員和上海技術物理研究所舒嶸研究員領導的團隊，與中科院地質地球所、物理所、西安光機所、地球化學所，北京空間飛行器總體設計部、北京航天飛行控制中心、北京空間機電研究所等單位合作，在國際上首次聯(lián)合月球樣品的實驗室分析結果和月表就位探測的光譜數(shù)據，檢驗了月球樣品中水的有無、形式和多少，回答了嫦娥五號著陸區(qū)水的分布特征和來源問題，為遙感探測數(shù)據中水的信號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議，一直是月球科學的研究熱點。在嫦娥五號任務立項論證之初，研究團隊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，并實現(xiàn)了國際上首次月表水光譜吸收特征的就位探測。為了避免發(fā)動機羽流和太陽風轟擊月表時的動態(tài)“水”(羥基OH)給就位光譜分析帶來的影響，研究團隊對獲取就位探測光譜數(shù)據的時機進行了精心設計。探測時機選擇在著陸6小時后以避免CE-5探測器著陸時發(fā)動機羽流成分的影響；探測時間選擇在月面溫度最高(約62~87攝氏度)的(接近)正午，最大限度地揮發(fā)了月表的動態(tài)“水”；光譜測量時月球(著陸區(qū))正處于地球磁場的保護中，屏蔽了太陽風，避免了太陽風轟擊產生的動態(tài)“水”(羥基OH)的因素。在這種環(huán)境下嫦娥五號光譜儀能夠獲得“干凈”的“水”吸收光譜，經嚴格的校正處理和分析，研究團隊發(fā)現(xiàn)嫦娥五號著陸區(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。
目前認為月球“水”的來源主要有三種可能：一是太陽風粒子與月表物質相互作用產生的(動態(tài))羥基物質；二是撞擊月球的彗星或隕石帶來的水和含羥基物質；三是月球原生(內部)水。月球樣品返回地球后，研究團隊在實驗室對返回月球樣品進行了系統(tǒng)分析，實驗室光譜分析再次驗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，需要詳細的礦物巖石學分析。阿波羅月球樣品研究認為，月壤中(撞擊)膠結玻璃包含了太陽風長期注入形成的羥基物質，膠結玻璃的含量是影響月球樣品中“水”含量的重要因素。返回樣品的實驗室分析表明，嫦娥五號月球樣品是一類年輕玄武巖，膠結玻璃含量很少(不足16%)，僅為Apollo 11月球樣品的1/3，由此估算嫦娥五號月壤樣品中來自太陽風注入膠結玻璃形成的“水”不多于18ppm。同時，嫦娥五號著陸區(qū)月壤樣品中外來撞擊濺射物非常低，對“水”的貢獻可以忽略。因此嫦娥五號月壤樣品中肯定存在來源于月球內部的原生水。對嫦娥五號月球樣品的實驗室分析，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)，證明了嫦娥五號月壤樣品中存在來自巖漿結晶過程的“水”，說明“水”在月球晚期巖漿活動過程中不僅存在，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光譜數(shù)據由中國科學院上海技術物理所研制的月球礦物光譜分析儀獲取，科學探測載荷運行管理、數(shù)據接收和處理由中國科學院國家天文臺(探月工程地面應用系統(tǒng))完成。研究受國家科技重大專項探月工程三期和中國科學院重點部署項目“嫦娥五號月球樣品的綜合性研究”等項目資助。
(總臺央視記者 鄭瑋瑋)