我國科學家在月壤中首次發(fā)現(xiàn)分子水

IT之家 7 月 23 日消息，IT之家從中國科學院物理研究所官方公眾號獲悉，我國嫦娥 5 號采集的月壤樣品屬于最年輕的玄武巖（~20 億年），并且是迄今為止緯度最高的月球樣品，為月球水的研究提供了新的機遇。

中國科學院物理研究所 / 北京凝聚態(tài)物理國家研究中心陳小龍研究員，金士鋒副研究員、博士生郝木難等與北京科技大學郭中楠副教授，天津大學殷博昊工程師，中國科學院青海鹽湖所馬云麒研究員，鄭州大學鄧麗君工程師等合作，在嫦娥五號帶回的月球樣本中，發(fā)現(xiàn)了月球上一種富含水分子和銨的未知礦物晶體：ULM-1（圖 1）。這一發(fā)現(xiàn)標志著首次在月壤中發(fā)現(xiàn)了分子水，同時揭示了水分子和銨在月球上的真實存在形式。

基于單晶衍射和化學分析，研究人員發(fā)現(xiàn)這些月球水和銨以一種成分為 (NH₄,K,Cs,Rb) MgCl₃·6H₂O 的水合礦物形式出現(xiàn)（圖 1）。該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%（圖 2）。在紅外和拉曼光譜上，均可以清晰地觀察到源于水分子和銨的特征振動峰（圖 1）。晶體的電荷密度可以清晰地看到水分子中的氫（圖 2）。ULM-1 的晶體結構和組成與地球上近年來發(fā)現(xiàn)的一種稀有火山口礦物相似。在地球上，該礦物是由熱玄武巖與富含水和氨的火山氣體相互作用形成，這一發(fā)現(xiàn)為月球上的水和氨的來源提供了新的線索。

為了確保這一發(fā)現(xiàn)的準確性，研究人員進行了嚴格的化學和氯同位素（³⁷Cl/³⁵Cl）分析。納米二次離子質譜（NanoSIMS）數(shù)據(jù)表明，該礦物的 Cl 同位素組成和地球礦物顯著不同，其 δ³⁷Cl 值高達 24‰，與月球上的礦物相符（圖 3）。對該礦物化學成分和形成條件的分析，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。該六水礦物的存在對于月球火山氣體的組成給出重要的約束?；跓崃W分析，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 Lengai 火山相當（圖 4），這對于我們理解月球的演化過程具有重要意義。這些發(fā)現(xiàn)揭示了一個復雜的月球火山脫氣歷史。

這種水合礦物的發(fā)現(xiàn)還為我們揭示了月球上水分子可能存在的一種形式 —— 水合鹽。與易揮發(fā)的水冰不同，這種水合物在月球高緯度地區(qū)（嫦娥 5 號采樣點）非常穩(wěn)定。這意味著，即使在廣闊的月球陽光照射區(qū)，也可能存在這種穩(wěn)定的水合鹽，為月球資源的利用和探索提供了更為廣闊的前景。月球表面水合礦物的發(fā)現(xiàn)標志著對月球水和銨研究的重大突破，也為未來月球資源的開發(fā)和利用提供了新的可能性。

相關研究成果以 Evidence of a hydrated mineral enriched in water and ammonium molecules in the Chang'e-5 lunar sample 為題，在線發(fā)表在《自然-天文學》（Nature Astronomy）上。

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