2017 年在威斯康辛州麥迪遜拍攝的日食。(Matt Anderson Photography/Moment/Getty Images)

科學家對從月球上取回的塵埃顆粒進行了分析,結果表明在月球表面結合的水可能源自於太陽。

更具體地說,它可能是太陽風中氫離子撞擊月球表面、與礦物氧化物相互作用並與脫落的氧氣結合的結果。這導致在月球的中高緯度地區,可能有水隱藏在月球的表岩屑中。

這對我們了解月球上水的來源和其分佈具有重要意義——甚至可能與我們了解地球上水的起源有關。

月球看起來像一個非常乾燥的塵埃球體,但最近的研究發現,那裡的水比我們想像的要多得多。顯然,它不是出現在湖泊和潟湖中——它是被束縛在月球的表岩屑中,可能以冰的形式潛伏在有永久陰影的隕石坑中。

這自然會引發一些問題,比如上面到底有多少水? 它是如何分佈的?以及它到底是從哪裡來的?最後一個問題可能有多種答案。

其中一些答案是說它可能來自小行星撞擊,一些則是說來自地球。然而,還有一個可能的來源是我們不會最先想到的宇宙雨雲。

坦白說太陽並不會直接降水,但它的太陽風肯定是高速氫離子的可靠來源。包括對阿波羅任務中月球泥土的分析在內的證據,科學家先前提出了一種可能性,即太陽風至少要對月球上的一些水的成分負責。

現在,由中國科學院地球化學家 Yuchen Xu 和 Heng-Ci Tian 領導的一個研究小組在嫦娥五號任務取回的顆粒中發現了化學成分,這進一步支持了月球上水份的太陽來源。

他們研究了 17 種顆粒:7 種橄欖石、1 種輝石、4 種斜長石和 5 種玻璃。相比於阿波羅任務收集低緯度樣本,這些都是來自月球的中緯度地區,並從已知最年輕的月球火山玄武岩中收集,它們來自於最乾燥的玄武岩基底中。

科學家使用拉曼光譜和能量色散 X 射線光譜,他們研究了這些顆粒邊緣的化學成分——顆粒的 100 奈米外殼最暴露於太空天氣,因此與顆粒內部相比,變化最大。

這些邊緣的數據大多數顯示出非常高的氫濃度,為百萬分之 1,116 至 2,516,以及非常低的氘/氫同位素比率。這些比率與在太陽風中發現的這些元素的比率一致,表示太陽風猛烈撞擊月球,在月球表面沉積了氫氣。

他們發現,來自嫦娥五號著陸點太陽風的水分含量應該在百萬分之四十六左右,這與遙感測量一致。

為了確定氫是否可以保存在月球礦物中,研究人員隨後對其中一些顆粒進行了加熱實驗。他們發現,在埋藏後,這些顆粒確實可以保留氫。

最後,研究人員對不同溫度下月球土壤中氫的保存情況進行了模擬。這表示溫度對在月球上氫的植入、遷移和釋氣中起著重要作用,也就意味著在溫度較低的中高緯度地區可能會保留大量太陽風產生的水。

基於這些發現模擬的模型表明,月球的兩極地區可能富含更多由太陽風產生的水——這些訊息可能對規劃未來的月球探索任務非常有用。

中國科學院的宇宙化學家 Yangting Lin 也表示:「月球極地土壤中的水分可能比嫦娥五號樣本中的水分還要多。」

「這一發現對於未來月球水資源的利用具有重要意義。而且,通過粒子分選和加熱,開發和利用月球土壤中所含的水是相對容易的。」

該研究已發表在 PNAS 上。

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參考資料:

  1. Starr, M., (31 December 2022). Water From The Sun Has Been Found on The Moon. ScienceAlert
  2. Xu, Y. C., Tian, H. C., Zhang, C., Wu, F. Y., (2022). High abundance of solar wind-derived water in lunar soils from the middle latitude. PNAS
  3. 圖片來源:https://www.sciencealert.com/water-from-the-sun-has-been-found-on-the-moon  (Matt Anderson Photography/Moment/Getty Images)
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