記者23日從中國科學(xué)院物理研究所獲悉，我國科研團(tuán)隊(duì)在嫦娥五號月球樣品中，發(fā)現(xiàn)了一種富含水分子和銨的未知礦物晶體——ULM-1。這是科學(xué)家首次在月壤中發(fā)現(xiàn)分子水。相關(guān)成果日前在國際學(xué)術(shù)期刊《自然·天文學(xué)》在線發(fā)表。

ULM-1的照片和成分組成。（中國科學(xué)院物理研究所供圖）

月球上是否存在水？這一問題對于月球演化研究和資源開發(fā)至關(guān)重要。嫦娥五號的著陸點(diǎn)位于月球正面風(fēng)暴洋克里普地體的東北部地區(qū)，該地區(qū)被認(rèn)為是月球表面最年輕的玄武巖單元之一。這為相關(guān)研究提供了新機(jī)遇。

團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn)，ULM-1的分子式中含有多達(dá)6個結(jié)晶水，水分子在樣品中的質(zhì)量比高達(dá)41%。從晶體的紅外光譜和拉曼光譜上，均可以清晰觀察到源于水分子和銨的特征振動峰。

月球表面含水礦物形成效果圖。（中國科學(xué)院物理研究所供圖）

“與易揮發(fā)的水冰不同，ULM-1這種水合礦物非常穩(wěn)定。ULM-1的發(fā)現(xiàn)意味著，月球上即使在廣闊的陽光照射區(qū)，也可能存在穩(wěn)定的水合鹽。這為未來月球資源的開發(fā)和利用提供了新的可能性。”文章通訊作者、中國科學(xué)院物理研究所研究員陳小龍說。

問：月壤中首次發(fā)現(xiàn)分子水，意味著什么？

AI:提供月球資源開發(fā)利用的新可能

我國科學(xué)家在月壤中首次發(fā)現(xiàn)分子水具有多方面的重要意義，包括：

揭示月球上水分子的真實(shí)存在形式：這一發(fā)現(xiàn)直接證明了水分子在月球上的存在，打破了之前“月球不含水”的基本假設(shè)，為月球科學(xué)研究提供了新的基礎(chǔ)。

為月球上的水和氨的來源提供新線索：發(fā)現(xiàn)的富含水分子和銨的未知礦物晶體 ULM-1，其晶體結(jié)構(gòu)和組成與地球上一種由熱玄武巖與富含水和氨的火山氣體相互作用形成的稀有火山口礦物相似，這有助于推測月球上的水和氨的可能來源。

約束月球火山氣體的組成：該六水礦物的存在為月球火山氣體的組成給出了重要的約束，熱力學(xué)分析顯示當(dāng)時月球火山氣體中水的含量下限與目前地球中最為干燥的倫蓋火山相當(dāng)，有助于揭示復(fù)雜的月球火山脫氣歷史，對探討月球的演化過程具有重要意義。

提供月球資源開發(fā)利用的新可能：這種水合礦物的發(fā)現(xiàn)揭示了水分子可能存在的一種形式——水合鹽，且這種水合物在月球高緯度地區(qū)非常穩(wěn)定。與易揮發(fā)的水冰不同，即使在月球陽光照射區(qū)，也可能存在這種穩(wěn)定的水合鹽，這為未來月球資源的開發(fā)和利用開辟了新的前景。

我國嫦娥五號采集的月壤樣品屬于最年輕的玄武巖，是迄今為止緯度最高的月球樣品，為此次月球水的研究提供了新機(jī)遇。

問：月壤中發(fā)現(xiàn)的分子水和地球的水分子有何不同？

AI:存在形式、穩(wěn)定性、物質(zhì)構(gòu)成等均不同

月壤中發(fā)現(xiàn)的分子水與地球的水分子在存在形式和穩(wěn)定性等方面可能存在一些不同：

存在形式：月壤中的水分子可能以水合鹽的形式存在，而地球上的水主要以液態(tài)、氣態(tài)和固態(tài)的形式存在。

穩(wěn)定性：月壤中的水合鹽在月球高緯度地區(qū)非常穩(wěn)定，而地球上的水則更容易受到溫度、氣壓等因素的影響，其穩(wěn)定性相對較差。

分布范圍：月壤中的水分子可能分布在月球的表面或淺層，而地球的水分子則廣泛分布于地球的各個圈層，包括大氣、海洋、陸地等。

物質(zhì)構(gòu)成：月壤中的水分子可能與其他物質(zhì)結(jié)合形成水合礦物，而地球的水分子則通常以純凈的形式存在，當(dāng)然也會有許多雜質(zhì)成分。

問：月球水到底是哪里來的？

AI:人類的大部分看法是太陽風(fēng)帶來的

很多人對月球水的存在，還是有所疑惑，但是從現(xiàn)代科學(xué)之中，主要集中于4種理論上。

第一種、古代火山噴發(fā)將水帶到月表，這主要是建立在月球并不是大家說的“死星”，在過去的時候，月球也是具有活躍的狀態(tài)，有所謂的火山噴發(fā)等活動，而在月球內(nèi)部可能存在水，再通過火山噴發(fā)將其帶來了月球表面。

第二種、水可能是月球自身的產(chǎn)物，形成過程中是通過太陽獲取的。根據(jù)這一理論，太陽會不斷噴射名為“太陽風(fēng)”的粒子流。

太陽風(fēng)內(nèi)帶正電的氫離子或者質(zhì)子可能“轟擊”月球并與月球土壤中富含氧的礦物質(zhì)發(fā)生相互作用，最終形成了水。

第三種、彗星和小行星將水帶到月球，這相當(dāng)于在小行星或太空巖石撞擊月球的時候，帶來的一些水，大家可以從月球的表面情況來看， 有非常多的隕石坑，其實(shí)這就是來自撞擊導(dǎo)致的。

第四種、月球水就是來自地球，地球水“遷居”月球所形成的，比如：其中一種說法就是建立在太空巖石撞擊地球，巨大的撞擊力量將海水射入太空，繞地球軌道運(yùn)行的月球穿過這個水蒸氣云，然后出現(xiàn)了水。

不過，從人類的大部分看法來看，其實(shí)對于水的出現(xiàn)，主要就是建立在太陽風(fēng)帶來的。

所以，到底月球的水是哪里來的，至今還沒有一個肯定性的說法，這都還是在研究的路上，并沒有確定下的說明。

問：對人類未來的太空探索有何影響？

AI:促進(jìn)國際合作，增強(qiáng)月球基地的可行性

發(fā)現(xiàn)月壤中分子水對未來的太空探索具有多方面的重要影響，包括但不限于以下幾點(diǎn)：

提供生命支持的可能性：水是維持生命的基本要素。未來在月球建立基地時，可利用這些水分子滿足宇航員的部分生存需求，如飲用、食物種植等。

降低資源開發(fā)成本：從地球運(yùn)送水資源到月球的成本極高。如果能夠在月球上原位獲取水，將大大降低太空探索和基地建設(shè)的成本。

助力推進(jìn)劑制造：水可以分解成氫和氧來制造推進(jìn)劑，為月球基地活動和太空飛行任務(wù)提供關(guān)鍵的燃料來源，從而節(jié)省發(fā)射能源。

推動月球科學(xué)研究：有助于科學(xué)家更深入地了解月球的地質(zhì)構(gòu)造、表面變遷、天體化學(xué)等，為月球的形成、演化等研究提供重要線索。

拓展資源利用方式：水合鹽形式的水分子存在為月球資源的開發(fā)和利用提供了新思路，可能改變未來月球資源的開發(fā)模式。

增強(qiáng)月球基地的可行性：穩(wěn)定存在的水合鹽意味著在月球陽光照射區(qū)也有可能獲取水，這增加了在月球上建立長期、可持續(xù)基地的可行性。

促進(jìn)國際合作：月球水資源的研究吸引了各國的關(guān)注，可能推動更多國家和機(jī)構(gòu)之間的合作，共同開展月球探測任務(wù)，促進(jìn)水資源的全面研究和利用。

問：水分子對未來的月球基地建設(shè)有哪些潛在應(yīng)用？

AI：飲用水供應(yīng)、生成氧氣均成為可能

水分子對未來的月球基地建設(shè)具有諸多潛在的應(yīng)用，具體包括以下幾個方面：

1. 飲用水供應(yīng)

水分子可以經(jīng)過處理和凈化，為月球基地的人員提供安全的飲用水，滿足生存的基本需求。

2. 農(nóng)業(yè)灌溉

利用水分子可以進(jìn)行植物栽培和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。在月球基地內(nèi)種植一些蔬菜、糧食作物等，有助于實(shí)現(xiàn)部分食物的自給自足，減少從地球運(yùn)輸食物的成本和風(fēng)險。

3. 氧氣生成

通過電解水的方式分解水分子，獲取氧氣。充足的氧氣供應(yīng)對于維持基地內(nèi)人員的正常呼吸至關(guān)重要。

4. 冷卻和散熱

在月球基地的各種設(shè)備和系統(tǒng)運(yùn)行過程中，水分子可以作為冷卻劑，幫助散發(fā)多余的熱量，確保設(shè)備的正常運(yùn)行和壽命。

5. 能源儲存和轉(zhuǎn)化

將水分子分解產(chǎn)生的氫氣可以儲存起來，用于燃料電池等能源系統(tǒng)，在需要時轉(zhuǎn)化為電能。

6. 工業(yè)生產(chǎn)

參與一些化學(xué)和材料加工過程，為基地內(nèi)的工業(yè)生產(chǎn)提供必要的原料和反應(yīng)介質(zhì)。

7. 環(huán)境調(diào)節(jié)

水分子可以用于調(diào)節(jié)基地內(nèi)的濕度和溫度，創(chuàng)造相對舒適的居住和工作環(huán)境。

例如，未來的月球基地可以建設(shè)一個綜合的水利用系統(tǒng)，將收集到的水分子進(jìn)行合理分配和循環(huán)利用。在農(nóng)業(yè)區(qū)域，通過精準(zhǔn)灌溉系統(tǒng)，利用水分子滋養(yǎng)植物；在能源區(qū)域，利用水分子的分解和合成來儲存和釋放能量；在生活區(qū)域，通過凈化和處理，為人員提供清潔的飲用水和適宜的濕度條件。

總之，水分子在未來的月球基地建設(shè)中具有多方面的重要應(yīng)用，是保障基地正常運(yùn)行和人員生存發(fā)展的關(guān)鍵因素之一。

問：未來的月球基地如何高效收集和利用水分子？

AI:可以通過鉆探等方式采集，經(jīng)過處理和凈化達(dá)到飲用水標(biāo)準(zhǔn)

未來的月球基地實(shí)現(xiàn)對水分子的高效收集和利用可以考慮以下幾個方面：

水分子的收集：

尋找水源：通過對月球的地質(zhì)勘探和分析，確定可能存在水分子的區(qū)域，如月球兩極的永久陰影區(qū)、月球表面的撞擊坑等。這些區(qū)域可能存在水冰或其他含水化合物，可以通過挖掘、鉆探等方式進(jìn)行采集。

提取水分子：對于采集到的月球物質(zhì)，可以采用物理或化學(xué)方法提取其中的水分子。例如，可以利用加熱、電解、吸附等技術(shù)將水分子從月壤或巖石中分離出來。

水分子的捕獲和儲存：在月球基地中，需要建立有效的水分子捕獲和儲存系統(tǒng)。這可以包括使用特殊的材料或裝置來吸附和儲存水分子，以防止其散失到太空中。

水分子的利用：

飲用水供應(yīng)：將收集到的水分子經(jīng)過處理和凈化，使其達(dá)到飲用水標(biāo)準(zhǔn)，為月球基地的人員提供安全的飲用水。

農(nóng)業(yè)和食品生產(chǎn)：利用水分子進(jìn)行植物栽培和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，在月球基地內(nèi)種植一些蔬菜、糧食作物等，有助于實(shí)現(xiàn)部分食物的自給自足。

氧氣生成：通過電解水的方式分解水分子，獲取氧氣，充足的氧氣供應(yīng)對于維持基地內(nèi)人員的正常呼吸至關(guān)重要。

能源儲存和轉(zhuǎn)化：將水分子分解產(chǎn)生的氫氣可以儲存起來，用于燃料電池等能源系統(tǒng)，在需要時轉(zhuǎn)化為電能。

工業(yè)生產(chǎn)：水分子還可以參與一些化學(xué)和材料加工過程，為基地內(nèi)的工業(yè)生產(chǎn)提供必要的原料和反應(yīng)介質(zhì)。

輻射屏蔽：水可以作為一種有效的輻射屏蔽材料，保護(hù)月球基地內(nèi)的人員和設(shè)備免受宇宙射線和太陽風(fēng)的輻射。

問：人類未來移民月球的可能性有多大

AI：未來幾十年內(nèi)，可能會看到小規(guī)模月球定居點(diǎn)

人類未來移民月球的可能性是存在的，但具體的可能性大小難以精確量化。

從積極的方面來看：

技術(shù)進(jìn)步：隨著航天技術(shù)的不斷發(fā)展，包括更高效地推進(jìn)系統(tǒng)、可重復(fù)使用的火箭、更先進(jìn)的生命支持系統(tǒng)等，使得人類前往和在月球上長期停留的技術(shù)障礙逐漸減少。

資源開發(fā)的需求：地球上的資源有限，月球上存在著一些有價值的資源，如氦-3 等，這可能驅(qū)動人類前往月球進(jìn)行開發(fā)和利用。

科學(xué)研究的推動：對月球的地質(zhì)、天文等方面的研究具有重要的科學(xué)價值，這可能促使更多的投入和努力，以支持長期的月球探索和可能的移民。

然而，也存在一些挑戰(zhàn)和限制：

高昂的成本：建立月球基地和實(shí)現(xiàn)移民需要巨大的資金投入，包括基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、物資運(yùn)輸?shù)取?/p>

環(huán)境惡劣：月球表面環(huán)境極端，輻射強(qiáng)、溫差大、沒有大氣層保護(hù)等，對人類的生存和活動帶來巨大挑戰(zhàn)，需要復(fù)雜且昂貴的防護(hù)和支持系統(tǒng)。

心理和社會問題：長期在月球上生活可能導(dǎo)致心理和社會方面的問題，如孤獨(dú)、封閉環(huán)境帶來的壓力等。

綜合來看，人類未來移民月球具有一定的可能性，但要實(shí)現(xiàn)大規(guī)模、可持續(xù)的移民，還需要在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、社會等多個方面取得重大突破和解決眾多難題。不過，隨著科技的持續(xù)發(fā)展和人類對太空探索的決心，未來幾十年內(nèi)，我們可能會看到小規(guī)模的月球定居點(diǎn)的出現(xiàn)，逐漸為更大規(guī)模的移民奠定基礎(chǔ)。

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