嫦娥五號新成果 揭示着陸區月表水的分佈特徵
北京時間2022年6月15日，《自然通訊》（Nature Communications）在線發佈我國嫦娥五號的一項重要研究成果。中國科學院國家天文台李春來、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，在國際上首次聯合月球樣品的實驗室分析結果和月表就位探測的光譜數據，檢驗了月球樣品中水的有無、形式和多少，回答了嫦娥五號着陸區水的分佈特徵和來源問題，為遙感探測數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、是什麼形式的水、水來自哪裏存在着很大的爭議，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，研究團隊提出將着陸器上的月球礦物光譜分析儀光譜範圍拓展到了3.2μm，並實現了國際上首次月表水光譜吸收特徵的就位探測。為了避免發動機羽流和太陽風轟擊月表時的動態“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據的時機進行了精心設計。探測時機選擇在着陸6小時後以避免CE-5探測器着陸時發動機羽流成分的影響；探測時間選擇在月面温度最高（約62~87攝氏度）的（接近）正午，最大限度地揮發了月表的動態“水”；光譜測量時月球（着陸區）正處於地球磁場的保護中，屏蔽了太陽風，避免了太陽風轟擊產生的動態“水”（羥基OH）的因素。在這種環境下嫦娥五號光譜儀能夠獲得“乾淨”的“水”吸收光譜，經嚴格的校正處理和分析，研究團隊發現嫦娥五號着陸區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）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，需要詳細的礦物岩石學分析。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岩，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”不多於18ppm。同時，嫦娥五號着陸區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於月球內部的原生水。對嫦娥五號月球樣品的實驗室分析，發現了至少一種含水礦物——羥基磷灰石，其含量不均勻，摺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岩漿結晶過程的“水”，説明“水”在月球晚期岩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據由中國科學院上海技術物理所研製的月球礦物光譜分析儀獲取，科學探測載荷運行管理、數據接收和處理由中國科學院國家天文台（探月工程地面應用系統）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。（記者 鄭瑋瑋）