[读懂科学]干涸的月球，那么多水从何而来？

中国科学院上个月27日公布月壤分析结果
在土壤玻璃珠中发现水，估算总量达2700亿吨
太阳风撞击二氧化硅生成水
水被封存在陨石撞击形成的玻璃珠中
或将加速月球开发，“先到者先得”

近日，中国发布研究结果称月球上竟存在高达2700亿吨的水，引发巨大关注。人们原以为在稀薄大气和微弱重力环境下，月球只存在干燥表土，那么如此大量的水究竟如何生成并得以保存？科学家将原因归结为太阳风的存在。舆论认为，这再次证明了人类可以将月球作为宇宙开发前哨基地，例如建设载人基地等。分析指出，这将成为美国、中国等主要大国之间月球开发竞争进一步激化的契机。有意见认为，我国也必须加快推进以2032年为目标正在准备的着陆探测器发射等月球开发计划。

中国科学院于上月27日在国际学术期刊《自然·地球科学（Nature Geoscience）》上发表了这一令人惊讶的研究结果。研究团队分析了2020年12月1日由月球着陆器嫦娥五号采集的约1.7千克月球岩石和表土样本，发现其中含有大量直径不足1毫米、在数十亿年间形成的微小玻璃珠，并在这些玻璃珠内部发现了水分子。中国科学院据此推算，整个月球上可能存在多达2700亿吨的水，相当于可在月球表面整体铺上一层厚度约12米的水。

中国科学院对月球表土的分析结果，被评价为揭示干旱月球上水是如何生成和储存的重要线索。数十亿年来，月球一直是极度干燥的环境。即便偶尔有含冰的彗星、小行星撞击将水带入，也会很快蒸发到宇宙空间中而消失。然而，伴随“太阳风”飞来的氢离子与月球表土碰撞所形成的水则截然不同。韩国地质资源研究院（KIGAM）宇宙资源开发中心主任 Kim Gyeongja 表示：“太阳风由质子，也就是氢离子（H+）构成，当其撞击月球表面时，会与表土中的氧化铁（Fe₂O₃）发生反应生成水（H₂O），而铁（Fe）元素则会分离出来”，“阿波罗17号最后一次载人探测时所展示的橙色表土，正是掺杂氧化铁成分的证据。”

月球表面在白昼温度高达摄氏123度，水会蒸发；但到了夜晚，气温骤降至最低零下233度，白天汽化的部分水分会渗入表土并被冷却保存。尤其是在陨石撞击时产生的热能会熔化月壤中的氧化硅成分，生成微小玻璃珠，在这一过程中水被封存在玻璃珠内部得以保存。中国科学院解释称：“本次研究不仅揭示了月球水的生成机理，还表明在月球表面乃至太阳系内其他行星上，（通过撞击生成的玻璃珠）也可能储存由太阳风形成的水，并将其释放到宇宙空间”，“未来在月球开发过程中，这些水不仅可以成为采水手段，还可用于制造火箭燃料。”

不过，也有观点指出，中国科学院此次发布的内容并不算全然新发现。通过1969年至1972年实施的阿波罗探测，人类首次目睹的月球景象宛如一片沙漠。然而，月球存在水这一点早已不是新消息。美国国家航空航天局（NASA）的月球轨道探测器在20世纪90年代就已在月球北极永恒阴影区的撞击坑中发现了水存在的证据。进入21世纪后，利用尖端技术重新分析阿波罗任务采集的月岩，揭示水的存在及其起源的研究也接连发表。2013年，美国密歇根州立大学研究团队在1971年阿波罗15号带回的岩石样本中，发现了晶体内部残留的水痕迹。

研究团队当时对被称为“创世岩（Genesis Rock）”的著名含铁斜长石15415与60015样本颗粒，利用傅里叶变换红外光谱法（FTIR）进行分析，发现了6ppm的水成分。虽然并非液态水，但发现了由1个氢原子和1个氧原子构成、与水相关的羟基（水酸基）形式的水。尤为重要的是，当时研究团队分析的月岩采自月球高地，被推定是月球诞生初期形成的最初地壳层所生成的岩石。这意味着月球形成之初就存在水。2008年，对阿波罗月岩进行离子微探针分析时，也发现了自始存在的氢元素成分，这是证明水存在的羟基。

在我国，从事月球资源开采技术研究的韩国地质资源研究院也曾通过实验证实，当质子撞击二氧化硅等氧化物时，双方会发生离子交换从而生成水。Kim 负责人表示：“美国国家航空航天局等机构此前也确认，将阿波罗任务带回的月岩加热至摄氏700至1400度，会释放出汽化的水和氦气，‘阿波罗玻璃珠（Apollo beads）’也早已广为人知，因此中国科学院的研究结果并非全新发现”，“我们也曾研究过质子（氢离子）通过太阳风撞击月球表面，生成挥发性物质的过程。”但他补充说：“（中国科学院）利用迄今发展起来的科学技术，将玻璃珠内部的水以电子成像的方式呈现出来，让公众能够直观感受到，这一点具有重要意义。”

水是包括人类在内的一切生命活动的基础。不仅可用作饮用水和生活用水，还可以通过电解分解为氢和氧，为宇宙基地、宇宙飞船等提供燃料和生存所需资源。人类已经在假定月球存在大量水资源的前提下，加快推进月球载人基地建设。欧洲航天局（ESA）计划在2040年前建成名为“月村（Moon Village）”的月球基地，约有100人常驻，作为深空探测的前进基地。欧洲航天局计划在2030年代先派出6至10人的先遣队，随后逐步扩建，目标是在2040年代实现100人居住，2050年代达到1000人居住。该基地将建在月球南极地区，利用地下埋藏的冰融化后作为饮用水、生活用水及火箭燃料等。

美国也在2021年宣布重启月球探测，并提出建设载人基地的目标。计划建造名为“深空门户（Deep Space Gateway）”的设施，让宇航员在月球驻留期间进行探测并为飞船补充燃料。初期将有约6人居住，基地内将配备宿舍、实验室、通信设施、制水电解设施以及宇宙飞船起降中心等。在此之前，美国还计划在2025年之后发射“阿尔忒弥斯3号”载人登月探测任务，这是自1972年阿波罗17号以来时隔50余年的再次载人登月。

我国首个月球探测器“Danuri”已于去年12月抵达月球轨道，并从今年起利用6台科学设备对月球展开全面探测。通过磁场与伽马射线测量装置、高分辨率相机和广视场偏振相机，对月球结构和地表进行深入解析。在首次宇宙互联网传输实验中，防弹少年团（BTS）的音乐也曾通过宇宙空间被传送播放。搭载美国国家航空航天局用于永恒阴影区观测的相机ShadowCam，在月球南极地区协助寻找阿尔忒弥斯3号的着陆地点。到2032年，我国还将亲自尝试月球着陆探测。目前，我国计划在现有首枚宇宙运载火箭“努里号”的基础上进行改良，将性能提升3倍以上，把重约1.8吨的着陆器送往月球执行探测任务。除我国之外，俄罗斯、中国、日本、印度、阿拉伯联合酋长国（UAE）等主要航天技术国家也都在积极加大对月球探测的投资。

那么，为何世界主要国家都在如此热衷于月球探测？美国国家航空航天局等机构在投入天文数字般预算时，往往以探索外星生命或通过“科学研究”对人类作出智识贡献等作为对外名义。事实上，1960年代签署的联合国（UN）外层空间条约和月球协定等文件都将宇宙规定为和平空间和人类共同财产，禁止排他性占有。但问题在于，现实完全不同。也就是说，“先占者得一切”，率先占领的一方将掌握宇宙霸权。无论是月球还是火星，率先抵达的国家占据资源丰富的区域建立基地并获取经济利益，几乎无法加以阻止。

美国早在2015年就已承认民营航天企业对其在宇宙中开采资源的所有权。随后在2018年发布新的宇宙政策，将宇宙宣示为未来经济和资源开发以及国家安全的核心支柱。此后，美国于2019年组建太空军并大幅扩充力量。卢森堡也在2021年实施类似法律，以激活太空采矿业。俄罗斯同样组建了太空军并开发新型太空武器，中国则通过发射自主空间站等方式，与美国分庭抗礼，成为最大竞争对手。日本则推进将现有航空自卫队改编为“航空宇宙自卫队”等方案，以强化太空防卫力量。在去年12月于阿拉伯联合酋长国阿布扎比举行的“太空辩论论坛（Space Debate Forum）”上，未来学家 George Friedman 预测称：“第三次世界大战可能在宇宙中爆发。”