中国嫦娥五号月壤样品,发现高含量太阳风成因水,估算出太阳风质子注入为嫦娥五号月壤贡献的水含量至少为170 ppm,也就是百万分之170。证实了太阳风是月球水的主要来源之一,为月表中纬度地区水的分布提供了重要参考。
中国这个最新的研究成果,意义很大,彻底终结了国际上关于月球上到底有没有水的争议,也为月球水的来源和分布提供了依据。
这个成果是否意味着,我们可以从月壤里大规模榨水?
若是根据数据计算看,一吨月壤大约含水量是170克左右,由于鸡蛋密度基本与水相同,直观点说,大约就是3个鸡蛋的分量,差不多是一杯水。
这个量如果跟地球比起来,那确实少得可怜。地球上最干燥的沙漠里,一吨沙子含水量也有百分之几,一吨沙壤可以提取出几公斤水,是月壤的几十倍。
但是,那可是在月球啊!只要有水,就可以就地取材,不用花费重金从地球运水过去。1立方米的月壤就是1.5吨,含水量大约250克,10立方米就是2.5公斤水,能满足一个人一天生存基本的需求,这还不算其他水循环措施可以大幅降低实际耗水量的情况。如果使用核动力和机械化生产,那这个水的产量,确实足够支撑一个团队的长期月球生存,提供人类生存需要的水和氧气。
同时,这个数据也有一些局限性,那就是高含量的水,是在嫦娥五号矿物“表层”中发现的,并且也确定是太阳风成因水。而且这些水,很大程度上是以“羟基”形式存在的,不是游离的水分子,没法被生物直接利用。这就造成了很多新的麻烦。
先说下太阳风是什么,其实不光有“太阳风”,还有“地球风”,这其实都是稀薄到人类无法直接感知的物质挥发。即便是在地球太空轨道上依然有极为稀薄的气体物质,这些物质甚至有少部分可以逃逸飞到月球表面,太阳上的物质也一样。于是来自太阳的氢离子高速轰击着月壤表面,与月球上的氧原子结合,就形成了一个氢原子加一个氧原子的羟(qiǎng)基,或是两个氢原子加一个氧原子的水分子,就有了前文提到的发现。
但同时我们需要看到,这种所谓的水的形成,含量和分布是限制很严格的,一方面靠稀薄的“风”吹来的原材料实在是很稀少,一方面这种情况也多是在月壤表层发生作用。
想利用这些水,就不能单纯地找个地方闷头挖矿,而是需要满月球的跑,吸取含水量较多的表层土,在没有空气、地表复杂的月球上,这个工程的可行性和效率就不是非常高。
关于月球是否有水,一直是人类探月的重中之重。一开始大部分人都认为,在直接日照下,上百度高温的月面是不可能有水的。美国阿波罗登月时受制于仪器技术水平,当时也没有探测到水。但是,1978年,苏联的月球24号采集到的样品里,首次测量到微量的水,人类的观念从此开始产生变化。2009年,印度月船一号利用最新的光谱仪,发现月球上到处都是水,当然这里的水,也是上文提到的水分子和羟基,并不是河流湖泊。此后,人们对月球是否有水的观念开始改变。如今嫦娥五号带回了样本,让月球上到处都有水的结论,得到了彻底的证实。
这次中国探月成果的发布,还有一个更重要的意义。
这就是科学研究里最重要的理论问题。人想研究或分析问题,必须有对应的基础理论,必须研究明白事情的成因,搞清楚了因,才能知道果,才能更进一步地研究和利用,人类文明进步的本质,其实就是无数个“为什么”。
我们这次的结论,确定了月球水的主要来源之一是太阳风成因水。月球水的来源可能性是很多的,可能是月球形成时就存在的,也可能是偶然的冰陨石或者彗星带来的,甚至可能是此前探月时火箭着陆器的影响也未可知。不搞清这些就想研究月球水资源开采和应用,那就是空中楼阁,就是没学会走,就想着要跑。
我们这次还确定了太阳风成因水含量,随纬度增高有增大的迹象。还发现了,有一部分岩石里也有水的迹象,说明还有一些月球内部水存留,没有在月球形成之初的火山喷发,以及脱气过程中全部流失。
有了上面的结论作为基础,我们可以科学地推断出,在这种成因下,月球表面水资源,利用价值有限,难以从石头里直接榨水。但同时,月球形成已经46亿年了,在此期间,月球表面的“水”不断形成,又不断被上百度的高温蒸发,那么蒸发出来的水,总会不断扩散飘到一些特殊地区。比如,高纬度的永久阴影区,或是数十亿年里都没有被太阳照到的某个陨石坑,或者某个月球深沟里。
46亿年里,这些不见阳光,终年零下200度的天然冷库,积累下的水分子又会是什么情况?如果直接找到这些水矿冰矿,是不是就能根本性地解决人类在月球长期驻留问题?未来中国在月球表面建立永久基地,也就是“广寒宫”,利用月球表面的水,就像是“打井”,有水才能长期生存,所以广寒宫挖井,是非常值得研究的课题。
月球水的成因,之前都是猜想,而中国这次的发现,从科学角度给出了坚实的理论支撑,为下一步探月找水,提供了科学可靠的路线。
同时,这个研究结果还有一个非常强大的地方,那就是泛用性。既然月球能受到太阳风影响产生水,其他与月球类似的星体呢?未来如果我们真的在月球上,按照一步步科研推导出来的结论,挖到了水矿甚至是冰矿,那么类似环境的火星卫星上,是否也有这种冰矿存在?挖掘出来就近送到火星,是不是就能解决火星用水问题?
我们的嫦娥五号带回来月壤,发现了高含量水,看起来只是一个科研成果;但是这个成果,在深空探索、月球建设领域,照亮了一片光明未来,促进人类走向太空,为人类文明发展打开了新的大门。中国为人类文明做出的贡献,也会越来越大。