中国揭秘月球之水如何“天上”来

1吨月壤有望制备至少51千克水！中国科学家团队日前在《创新》（TheInnovation）期刊上发表了题为“月球钛铁矿与内源性氢反应产生大量水”的研究论文，介绍了使用月壤制水的全新方法，并提出具有可行性的月球水资源原位开采策略。研究人员认为，这一成果将为未来月球科研站与空间站的建设提供设计依据。

各国探月科学家为何都将水作为研究重点？月球寻水究竟难在哪里？制水技术的突破将给未来的深空探测带来什么帮助？

（1）“满屏气泡”启发月壤制水新方法

2024年8月22日，中国科学院宁波材料技术与工程研究所非晶合金磁电功能特性研究团队联合中国科学院物理研究所、航天五院钱学森实验室、松山湖材料实验室和南京大学等科研团队公布了一项研究成果，介绍了一种新的月壤制水方法。

说起来，这个发现还有些戏剧性，月壤制水的新方法是科学家在研究嫦娥五号月壤样品时发现的。据中国科学院宁波材料技术与工程研究所的陈霄博士介绍，当时加热月壤中的钛铁矿原本是想看到氦的释放，结果没有看到氦的释放，却看到了满屏气泡的生成。随后，经过电子能量损失谱验证，这些气泡的成分正是水蒸气。

钛铁矿是月壤中的常见矿物，它与斜长石、辉石、橄榄石等其他3种矿物占了月壳晶体物质的98%以上，这一特征也是判断“月壤”或“月球陨石”真伪的重要依据。每份钛铁矿由1份铁、1份钛和3份氧组成，如果在高温下遇到两份氢，就会发生氧化还原反应，氧把铁丢到一边，转而和氢结合成水，反应的最终产物是二氧化钛、水与单质铁。实验中，月壤在1000℃的高温下熔化，水以水蒸气的形式释放了出来，这就是研究人员意外看到的“满屏气泡”。

既然反应的关键是钛铁矿遇到氢，那么月壤中的氢来自何方呢？科学家研究月壤钛铁矿的原子结构发现，与地球上的钛铁矿相比，月壤钛铁矿的原子间距明显较大。计算模拟结果表明，月壤钛铁矿中存在纳米微小孔道，可以吸附并储存大量来自太阳风的氢原子。每个钛铁矿分子可以吸附4个氢原子，如此一来，有氧有氢，便有望成就月球上的“小水库”。反观地球上的钛铁矿，则不会嵌入这么多氢，因为地球磁场和大气的保护作用，太阳风根本到达不了地面。