我国科学家在月壤中首次发现分子水
IT之家 7 月 23 日消息，IT之家从中国科学院物理研究所官方公众号获悉，我国嫦娥 5 号采集的月壤样品属于最年轻的玄武岩（~20 亿年），并且是迄今为止纬度最高的月球样品，为月球水的研究提供了新的机遇。
中国科学院物理研究所 / 北京凝聚态物理国家研究中心陈小龙研究员，金士锋副研究员、博士生郝木难等与北京科技大学郭中楠副教授，天津大学殷博昊工程师，中国科学院青海盐湖所马云麒研究员，郑州大学邓丽君工程师等合作，在嫦娥五号带回的月球样本中，发现了月球上一种富含水分子和铵的未知矿物晶体：ULM-1（图 1）。这一发现标志着首次在月壤中发现了分子水，同时揭示了水分子和铵在月球上的真实存在形式。
基于单晶衍射和化学分析，研究人员发现这些月球水和铵以一种成分为 (NH4,K,Cs,Rb) MgCl3·6H2O 的水合矿物形式出现（图 1）。该矿物分子式中含有多达六个结晶水，水分子在样品中的质量比高达 41%（图 2）。在红外和拉曼光谱上，均可以清晰地观察到源于水分子和铵的特征振动峰（图 1）。晶体的电荷密度可以清晰地看到水分子中的氢（图 2）。ULM-1 的晶体结构和组成与地球上近年来发现的一种稀有火山口矿物相似。在地球上，该矿物是由热玄武岩与富含水和氨的火山气体相互作用形成，这一发现为月球上的水和氨的来源提供了新的线索。
为了确保这一发现的准确性，研究人员进行了严格的化学和氯同位素（37Cl/35Cl）分析。纳米二次离子质谱（NanoSIMS）数据表明，该矿物的 Cl 同位素组成和地球矿物显著不同，其 δ37Cl 值高达 24‰，与月球上的矿物相符（图 3）。对该矿物化学成分和形成条件的分析，进一步排除了地球污染或火箭尾气作为这种水合物的来源。该六水矿物的存在对于月球火山气体的组成给出重要的约束。基于热力学分析，当时月球火山气体中水的含量下限与目前地球中最为干燥的 Lengai 火山相当（图 4），这对于我们理解月球的演化过程具有重要意义。这些发现揭示了一个复杂的月球火山脱气历史。
这种水合矿物的发现还为我们揭示了月球上水分子可能存在的一种形式 —— 水合盐。与易挥发的水冰不同，这种水合物在月球高纬度地区（嫦娥 5 号采样点）非常稳定。这意味着，即使在广阔的月球阳光照射区，也可能存在这种稳定的水合盐，为月球资源的利用和探索提供了更为广阔的前景。月球表面水合矿物的发现标志着对月球水和铵研究的重大突破，也为未来月球资源的开发和利用提供了新的可能性。
相关研究成果以 Evidence of a hydrated mineral enriched in water and ammonium molecules in the Chang'e-5 lunar sample 为题，在线发表在《自然-天文学》（Nature Astronomy）上。
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