发现嫦娥石、找到月壤水……在秋高气爽的金秋时节，月壤研究也迎来了大丰收，一系列有关嫦娥五号月壤样品的最新研究成果相继发表，人们对于距离我们最近的“邻居”——月球的认知不断得到刷新。
从年12月嫦娥五号返回器携带克月壤样品成功返回地面至今，共计有4批50余克月壤样品被分发至了多个科研团队，研究范围涉及月球地质演化历史、月球资源分析等。
正是透过这些细微、不起眼的月壤，月球的神秘面纱正在被一点点揭开。
挖掘月球的潜在价值
“嫦娥石”真实颗粒CT扫描三维形态图新华社发（中核集团核工业北京地质研究院供图）
今年9月9日，国家航天局、国家原子能机构联合宣布，来自中核集团核工业北京地质研究院（以下简称核地研院）的研究团队首次在月球上发现新矿物，并命名为“嫦娥石”。“嫦娥石”也是人类发现的第六种月球新矿物，其单晶颗粒的粒径只有10微米大小，不到一根头发丝直径的1/10。
核地研院月球研究团队牵头人李子颖表示，虽然“嫦娥石”所属的磷酸盐矿物在地球上很常见，但和“嫦娥石”化学成分一致的，地球岩石中至今还未发现。这也证明了“嫦娥石”形成的环境和条件不同于地球。通过对“嫦娥石”形成条件的研究，可以倒推月球演化过程，对认识月球起源与演化意义重大。此外，“嫦娥石”所含的高含量稀土是否具有开发价值，也值得进一步研究。
不仅是“嫦娥石”，核地研院的研究团队还首次成功获得嫦娥五号月壤样品中氦-3的含量和提取参数。氦-3一直被视为未来重要的清洁聚变资源之一。而月球则是储存氦-3的天然“仓库”。核地研院第一批月球样品使用责任人黄志新介绍，目前的核聚变实验主要利用氘—氚反应来开展，但这种方式的核聚变会产生中子，具有一定危害性。而以氦-3为原料的聚变过程不会产生有害物质，并且反应释放的能量更大，堪称是未来的完美能源。氦-3虽好，但在地球上却储量极低。氦-3的主要来源是太阳风，由于受地球磁场和大气的阻挡，能够到达地球的氦-3微乎其微。但与地球相反的是，月球由于缺少大气层保护，常年受太阳风吹拂，月壤中含有大量的氦-3资源，且月壤中的钛铁矿对氦-3有较好的储存作用。种种因素都使得在地球上稀缺的氦-3，在月球上却储量惊人。探月工程首任首席科学家、中国科学院院士欧阳自远曾估算，月壤中的氦-3含量可满足长达万年的地球能源需求。黄志新表示，对嫦娥五号月壤样品中氦-3含量及最佳提取参数的测定，将为中国后续对月球氦-3资源的遥感预测、总量估算、未来开发和经济评价提供基础科学数据。
除了存在潜在能源外，“浑身是宝”的月壤或许还有更多用途。今年5月，我国研究团队在详细分析嫦娥五号月壤样品中的元素和矿物结构后发现，月壤中的一些活性化合物具有良好的催化性能。研究团队以其为催化剂，利用人工光合成技术，借助模拟太阳光，成功将水和二氧化碳转化为了氧气、氢气、甲烷、甲醇。在此基础上，研究团队还进一步提出了利用月壤实现地外人工光合成的策略与步骤。该研究主要负责人之一、南京大学教授姚颖方表示，如果将月壤提取成分作为月球上的人工光合成催化剂，未来也许只需要月球上的太阳能、水和月壤，便能产生氧气和碳氢化合物，实现低能耗和高效能量转换，为建立适应月球极端环境的原位资源利用系统提供潜在方案。同时姚颖方也指出，目前月壤的催化效率低于地球上可用的催化剂，但研究团队接下来将对月壤中的有效催化成分进行分离、提炼，力求得到更好的催化效果，并争取实现地外人工光合成技术在未来航天计划中的搭载试验，从而进行真实环境验证。
探寻月球水的真正成因
水作为生命之源，是人类太空探索中始终绕不开的话题。月球上有水吗？答案是肯定的。在过去的许多年间，一系列观测数据都间接地证明了月球上水的存在。但“听说过没见过”，除了用望远镜或探测器远远给月球“相个面”，证实其“命中有水”外，人类还没有真的从月壤中直接发现水。但就在不久前，中国科学院地球化学研究所的唐红、李雄耀团队发表的相关研究结果证实，嫦娥五号月壤样品矿物表层中存在大量的太阳风成因水，为月球有水再添“实锤”。
水不会凭空产生，那么月球上的水是从哪来的？关于这一问题，科学界目前主要认为，月球水可能来自月球内部岩浆或外部太阳风，彗星、流星体和微流星体的撞击。但红外光谱数据显示，整个月球表面都有水的分布，而月球上的水若来自月球内部岩浆或来自外部天体撞击的话，其在月球表面的分布将会十分不均，这似乎无法解释为何水会遍布月球表面。因此，科学家普遍认为太阳风是月球水的主要来源之一。太阳风中含有带正电的氢离子，当其不断轰击月球表面时，其中的氢离子会与月表物质中的氧原子结合，从而在整个月球表面生成羟基或水分子，这样便可解释为何整个月球表面都有水的存在。
此次唐红、李雄耀团队的研究便围绕着月壤中的太阳风成因水展开。研究团队运用红外光谱和纳米离子探针对嫦娥五号月壤样品开展深入分析，其结果显示嫦娥五号月壤样品的矿物表层中存在大量的太阳风成因水，估算其水含量至少为ppm（1ppm为百万分之一），这一数值显著高于月球内部的水含量；并且分析结果还显示，月壤中水含量的差异主要归因于测试深度的差异，矿物中的水主要分布在极表层内，并且其氢同位素比值与太阳风的十分接近，主要以羟基的形式存在。这些证据全部有力证实了，太阳风质子注入就是嫦娥五号采样地区月壤中水的主要来源。
虽然整个月球表面都有水的存在，但并不意味着月球上每个区域月壤的水含量都相同。一部分的太阳风成因水会在太阳的照射下“蒸发”，还有一部分则会迁移并沉降到温度极低的两极永久阴影区，经过漫长的地质活动后形成大量水冰。而此次嫦娥五号月壤样品的研究结果也显示，由于月表存在翻腾作用，月壤颗粒暴露在太阳风中的时间不同，导致了矿物中注入的太阳风质子总量不同，进而也会致使不同区域月壤中的太阳风成因水含量不同。通过对嫦娥五号采样地区月壤成熟度的测定，结合此前遥感探测发现的月表中纬度地区太阳风成因水与月壤成熟度正相关这一现象，研究团队进一步提出，在与嫦娥五号采样区有着相似月壤成熟度的月表中纬度地区，其月壤中的太阳风成因水含量应大致相同。而在月壤成熟度更高的如风暴洋西北侧高地，其月壤中的水含量可能更高。这一看法不仅为未来月表水资源利用提供了重要依据，也为探索太阳系内其他无大气天体，如水星、小行星等表层土壤中的太阳风成因水的形成机制和分布规律提供了重要参考。
此外，嫦娥五号月壤样品中能够发现水，很大程度上得益于其采样地点的独特。嫦娥五号的月壤样品采样地点位于月球最大的月海——风暴洋的东北部，这里以前从未有人踏足，与以往别国任务的采样点相距甚远。而同位素定年结果更是表明，该区域月壤样品的年龄约为20亿年，是目前获得的最年轻的月壤样品。更为重要的是，嫦娥五号月壤样品中的主要组成物质是辉石、斜长石和橄榄石，而这几种矿物恰恰都是探究太阳风成因水储量的最佳载体。
推演月球的来龙去脉
作为地球唯一的天然行星，月球地质活动的历史一直是科学家