我国科学家在月壤中发现富含水分子的矿物

  光明网讯（记者宋雅娟）近日，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心研究员陈小龙、副研究员金士锋、博士研究生郝木难等，联合北京科技大学副教授郭中楠、天津大学工程师殷博昊、中国科学院青海盐湖研究所研究员马云麒、郑州大学工程师邓丽君等，在嫦娥五号带回的月球样本中，发现了月球上一种富含水分子和铵的未知矿物晶体——ULM-1。这标志着科学家首次在月壤中发现了分子水，揭示了水分子和铵在月球上的真实存在形式。该研究成果近日在学术期刊《自然-天文学》（Nature Astronomy）在线发表。

ULM-1在月球形成的效果图

  月球无水：长久以来的科学假设

  月球上是否存在水，一直是月球科学研究的热点。自1969年至1972年间阿波罗任务采集的月球样品中，科学家们并未发现任何含水矿物的踪迹。这一发现使得“月球不含水”成为了月球科学的基本假设，这一假设在月球科学界占据了主导地位，并对月球火山演化、月地起源等问题的理解产生了深远影响。科学家们基于这一假设，构建了月球演化的一系列理论模型。

  然而，随着科技的进步和研究的深入，这一假设开始受到挑战。1994年，克莱门汀探测器的观测结果提示，月球两极的永久阴影区可能存在水冰。同年，月球观测和传感卫星以2.5公里/秒的速度撞击了月球永久阴影区，而对撞击尘埃的遥感测量显示了水的信号。这一发现打破了月球无水的传统观念，引发了科学界对月球水存在形式的新一轮探讨。近年来，遥感数据表明月球光照区有水分子存在的迹象。针对当年采集的阿波罗月球样品，科学家运用高灵敏度的表征技术，在部分玻璃和矿物中发现了百万分之一量级的“水”（H⁺ 、OH^- 或H2O），但没有水分子存在的确凿证据。

  月球水的突破性发现：ULM-1矿物

  近年来，我国嫦娥5号任务采集的月壤样品为月球水的研究带来了新突破。这些样品属于最年轻的玄武岩，是迄今为止纬度最高的月球样品。科学家们对这些样品进行了深入而细致的研究，运用了高灵敏度的表征技术，以期发现月球上水的存在。

  在经过反复的实验和分析后，科学家们发现了一种富含水分子和铵的未知矿物晶体——ULM-1。这一发现标志着科学家首次在返回的月壤中发现了分子水，揭示了水分子和铵在月球上的真实存在形式。

  通过单晶衍射和化学分析，科学家们进一步揭示了这些月球水和铵的存在形式。它们以一种特殊的水合矿物形式出现，其化学式为NH4MgCl3·6H2O。这种矿物分子式中含有多达六个结晶水，水分子在样品中的质量比高达41%，这是月球上水存在的一种重要形式。红外光谱和拉曼光谱上均可以清晰地观察到源于水分子和铵的特征振动峰，进一步证实了这一发现的准确性。

  为了确保这一发现的准确性，科学家们进行了严格的化学和氯同位素分析。纳米二次离子质谱数据表明，该矿物的Cl同位素组成和地球矿物显著不同，与月球上的矿物相符。这一结果进一步排除了地球污染或火箭尾气作为这种水合物的来源的可能性，证实了这种水合物确实来源于月球本身。

  月球水合盐：未来资源开发的新希望

  ULM-1矿物的发现不仅揭示了月球上水分子可能存在的一种新形式——水合盐，还为月球资源的开发和利用带来了新的可能性。与易挥发的水冰不同，这种水合物在月球高纬度地区（如嫦娥5号采样点）表现出极高的稳定性。这意味着，即使在广阔的月球阳光照射区，也可能存在这种稳定的水合盐，为月球上的水资源开发提供了新的前景。

  此外，ULM-1的晶体结构和组成与地球上近年来发现的一种稀有火山口矿物相似，这为月球上的水和氨的来源提供了新线索。科学家们推测，月球上的水和氨可能来源于热玄武岩与富含水和氨的火山气体的相互作用，这一推测为月球的地质演化研究提供了新的思路。

  热力学分析显示，当时月球火山气体中水的含量下限与目前地球中最为干燥的伦盖火山相当。这一结果揭示了复杂的月球火山脱气历史，对探讨月球的演化过程具有重要意义。科学家们认为，这一发现将有助于更深入地了解月球的地质演化历程，以及月球上火山活动的特点和规律。