中國揭秘月球之水如何“天上”來

2024-09-04 02:22:33 來源：北京日報 A+A-

1噸月壤有望制備至少51千克水！中國科學家團隊日前在《創(chuàng)新》（TheInnovation）期刊上發(fā)表了題為“月球鈦鐵礦與內(nèi)源性氫反應產(chǎn)生大量水”的研究論文，介紹了使用月壤制水的全新方法，并提出具有可行性的月球水資源原位開采策略。研究人員認為，這一成果將為未來月球科研站與空間站的建設(shè)提供設(shè)計依據(jù)。

各國探月科學家為何都將水作為研究重點？月球?qū)に烤闺y在哪里？制水技術(shù)的突破將給未來的深空探測帶來什么幫助？

（1）“滿屏氣泡”啟發(fā)月壤制水新方法

2024年8月22日，中國科學院寧波材料技術(shù)與工程研究所非晶合金磁電功能特性研究團隊聯(lián)合中國科學院物理研究所、航天五院錢學森實驗室、松山湖材料實驗室和南京大學等科研團隊公布了一項研究成果，介紹了一種新的月壤制水方法。

說起來，這個發(fā)現(xiàn)還有些戲劇性，月壤制水的新方法是科學家在研究嫦娥五號月壤樣品時發(fā)現(xiàn)的。據(jù)中國科學院寧波材料技術(shù)與工程研究所的陳霄博士介紹，當時加熱月壤中的鈦鐵礦原本是想看到氦的釋放，結(jié)果沒有看到氦的釋放，卻看到了滿屏氣泡的生成。隨后，經(jīng)過電子能量損失譜驗證，這些氣泡的成分正是水蒸氣。

鈦鐵礦是月壤中的常見礦物，它與斜長石、輝石、橄欖石等其他3種礦物占了月殼晶體物質(zhì)的98%以上，這一特征也是判斷“月壤”或“月球隕石”真?zhèn)蔚闹匾罁?jù)。每份鈦鐵礦由1份鐵、1份鈦和3份氧組成，如果在高溫下遇到兩份氫，就會發(fā)生氧化還原反應，氧把鐵丟到一邊，轉(zhuǎn)而和氫結(jié)合成水，反應的最終產(chǎn)物是二氧化鈦、水與單質(zhì)鐵。實驗中，月壤在1000℃的高溫下熔化，水以水蒸氣的形式釋放了出來，這就是研究人員意外看到的“滿屏氣泡”。

既然反應的關(guān)鍵是鈦鐵礦遇到氫，那么月壤中的氫來自何方呢？科學家研究月壤鈦鐵礦的原子結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，與地球上的鈦鐵礦相比，月壤鈦鐵礦的原子間距明顯較大。計算模擬結(jié)果表明，月壤鈦鐵礦中存在納米微小孔道，可以吸附并儲存大量來自太陽風的氫原子。每個鈦鐵礦分子可以吸附4個氫原子，如此一來，有氧有氫，便有望成就月球上的“小水庫”。反觀地球上的鈦鐵礦，則不會嵌入這么多氫，因為地球磁場和大氣的保護作用，太陽風根本到達不了地面。

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