月球上的水從哪里來？又是如何保存和變化的？這不僅是理解月球演化的關(guān)鍵，也對(duì)未來開發(fā)利用月球資源具有重要意義。記者1日從中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心獲悉，通過分析嫦娥五號(hào)月球樣品中的鈦鐵礦顆粒，我國(guó)科研人員首次揭示鈦鐵礦在月表水分布與存儲(chǔ)中的“雙重作用”。相關(guān)研究成果在線發(fā)表于《自然-通訊》雜志。

太陽(yáng)風(fēng)注入的氫（H）是月表水的重要來源。以往對(duì)嫦娥五號(hào)月壤中橄欖石、輝石等硅酸鹽礦物的分析發(fā)現(xiàn)，這些礦物表層水含量很高，且主要來自太陽(yáng)風(fēng)。但近期有遙感觀測(cè)顯示，月表水的分布似乎與鈦的含量有關(guān)：低鈦區(qū)域含水量通常高于高鈦月海玄武巖區(qū)域，且富鈦區(qū)域水的日變化更明顯。這一現(xiàn)象在科學(xué)界引發(fā)了不小的爭(zhēng)議。

“為了厘清這一問題，我們對(duì)嫦娥五號(hào)月壤中挑選出的11顆鈦鐵礦顆粒展開精細(xì)分析。結(jié)果顯示，這些顆粒表層確實(shí)含有水，其氫同位素特征表明它們的確來自太陽(yáng)風(fēng)。”論文第一作者、中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心副研究員徐于晨告訴記者，但與硅酸鹽礦物中的高含水量相比，鈦鐵礦中的水明顯偏少。

為什么同樣暴露在太陽(yáng)風(fēng)下，鈦鐵礦的“存水”能力卻較差？通過高分辨率透射電鏡觀察，研究人員發(fā)現(xiàn)鈦鐵礦在太陽(yáng)風(fēng)輻照下會(huì)產(chǎn)生大量囊泡、晶格缺陷和納米金屬鐵。“尤其值得注意的是，其囊泡結(jié)構(gòu)比硅酸鹽礦物發(fā)育得更顯著。這些囊泡中檢測(cè)到了氦，卻沒有水分子或羥基，這說明水可能難以在其中穩(wěn)定保存。”徐于晨說。

“出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因可能是，鈦鐵礦中的鐵-氧和鈦-氧化學(xué)鍵較弱，雖然更容易與太陽(yáng)風(fēng)中的氫結(jié)合生成水，但同時(shí)也會(huì)形成大量囊泡結(jié)構(gòu)。”徐于晨進(jìn)一步解釋道，“當(dāng)囊泡內(nèi)氣壓過高時(shí)，反而會(huì)導(dǎo)致水的逃逸。加之月球表面晝夜溫差大、微隕石撞擊頻繁，會(huì)促使水分子從鈦鐵礦中擴(kuò)散逃逸。”

論文通訊作者、中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所研究員田恒次表示，這一發(fā)現(xiàn)成功解釋了為什么月球上高鈦區(qū)域水的日變化更顯著：鈦鐵礦一邊高效“造水”，一邊卻難以“保水”。這項(xiàng)研究不僅深化了對(duì)月球水循環(huán)的理解，也為未來月球探測(cè)和原位水資源利用提供了重要參考。

（受訪者供圖）