近日，中國科學院物理研究所/北京凝聚態物理國家研究中心研究員陳小龍、副研究員金士鋒、博士研究生郝木難等，聯合北京科技大學副教授郭中楠、天津大學工程師殷博昊、中國科學院青海鹽湖研究所研究員馬云麒、鄭州大學工程師鄧麗君等，在嫦娥五號帶回的月球樣本中，發現了月球上一種富含水分子和銨的未知礦物晶體——ULM-1。這標志著科學家首次在月壤中發現了分子水，揭示了水分子和銨在月球上的真實存在形式。該研究成果近日在學術期刊《自然-天文學》（Nature Astronomy）在線發表。

ULM-1在月球形成的效果圖

月球無水：長久以來的科學假設

月球上是否存在水，一直是月球科學研究的熱點。自1969年至1972年間阿波羅任務采集的月球樣品中，科學家們并未發現任何含水礦物的蹤跡。這一發現使得“月球不含水”成為了月球科學的基本假設，這一假設在月球科學界占據了主導地位，并對月球火山演化、月地起源等問題的理解產生了深遠影響。科學家們基于這一假設，構建了月球演化的一系列理論模型。

然而，隨著科技的進步和研究的深入，這一假設開始受到挑戰。1994年，克萊門汀探測器的觀測結果提示，月球兩極的永久陰影區可能存在水冰。同年，月球觀測和傳感衛星以2.5公里/秒的速度撞擊了月球永久陰影區，而對撞擊塵埃的遙感測量顯示了水的信號。這一發現打破了月球無水的傳統觀念，引發了科學界對月球水存在形式的新一輪探討。近年來，遙感數據表明月球光照區有水分子存在的跡象。針對當年采集的阿波羅月球樣品，科學家運用高靈敏度的表征技術，在部分玻璃和礦物中發現了百萬分之一量級的“水”（H+ 、OH- 或H2O），但沒有水分子存在的確鑿證據。

月球水的突破性發現：ULM-1礦物

近年來，我國嫦娥5號任務采集的月壤樣品為月球水的研究帶來了新突破。這些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。科學家們對這些樣品進行了深入而細致的研究，運用了高靈敏度的表征技術，以期發現月球上水的存在。

在經過反復的實驗和分析后，科學家們發現了一種富含水分子和銨的未知礦物晶體——ULM-1。這一發現標志著科學家首次在返回的月壤中發現了分子水，揭示了水分子和銨在月球上的真實存在形式。

通過單晶衍射和化學分析，科學家們進一步揭示了這些月球水和銨的存在形式。它們以一種特殊的水合礦物形式出現，其化學式為NH4MgCl3·6H2O。這種礦物分子式中含有多達六個結晶水，水分子在樣品中的質量比高達41%，這是月球上水存在的一種重要形式。紅外光譜和拉曼光譜上均可以清晰地觀察到源于水分子和銨的特征振動峰，進一步證實了這一發現的準確性。

為了確保這一發現的準確性，科學家們進行了嚴格的化學和氯同位素分析。納米二次離子質譜數據表明，該礦物的Cl同位素組成和地球礦物顯著不同，與月球上的礦物相符。這一結果進一步排除了地球污染或火箭尾氣作為這種水合物的來源的可能性，證實了這種水合物確實來源于月球本身。

月球水合鹽：未來資源開發的新希望

ULM-1礦物的發現不僅揭示了月球上水分子可能存在的一種新形式——水合鹽，還為月球資源的開發和利用帶來了新的可能性。與易揮發的水冰不同，這種水合物在月球高緯度地區（如嫦娥5號采樣點）表現出極高的穩定性。這意味著，即使在廣闊的月球陽光照射區，也可能存在這種穩定的水合鹽，為月球上的水資源開發提供了新的前景。

此外，ULM-1的晶體結構和組成與地球上近年來發現的一種稀有火山口礦物相似，這為月球上的水和氨的來源提供了新線索。科學家們推測，月球上的水和氨可能來源于熱玄武巖與富含水和氨的火山氣體的相互作用，這一推測為月球的地質演化研究提供了新的思路。

熱力學分析顯示，當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。這一結果揭示了復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。科學家們認為，這一發現將有助于更深入地了解月球的地質演化歷程，以及月球上火山活動的特點和規律。

來源丨光明網

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