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水是建設月球科研站及未來開展月球星際旅行，保障人類生存的關鍵資源，探尋水資源是月球探測的首要任務之一?？茖W家之前主要關注月球上自然態水資源的分布情況，前期研究結果表明，月壤玻璃等多種礦物中含有少量水，但含水量僅在0.0001%-0.02%之間，難以在月球原位提取利用。

2021年，作為浙江省唯一一個拿到嫦娥5號月壤的科研單位，寧波材料所也開始尋找月壤中水的蹤跡。但和同行一樣，他們并沒有太多發現。直到2022年3月，科研人員在實驗中發現，月壤經加熱后會產生少量的水蒸氣，這讓大家頗為興奮。

科研人員使用透射電子顯微鏡觀察月壤中“鐵-水蒸氣泡”伴生現象。

“水由氫和氧構成，月球上氧化物不少，太陽風中又有氫，水的生成，是否意味著月球礦物中本身有大量的氫存在？”寧波材料所王軍強研究員向記者解釋道。

經電子能量損失譜等多種先進技術手段分析，科研人員發現，在五種月壤主要礦物（鈦鐵礦、斜長石、橄欖石、輝石、月壤玻璃）中，鈦鐵礦含氫量最高，其次是斜長石和月壤玻璃。電子顯微鏡下的原位加熱實驗也證明，月壤鈦鐵礦加熱后將同步生成大量單質鐵和水蒸氣氣泡，而其他含鐵月壤礦物加熱后生成了少量鐵單質和氣泡，地球上的同種礦物加熱后則不會生成單質鐵和氣泡。這進一步證明了月壤礦物中固溶的氫是產生水的關鍵。

月壤加熱過程中水和單質鐵的形成過程以及各種主要礦物的含水量對比。

月壤鈦鐵礦為什么能夠儲存如此多的氫？“計算模擬顯示，月壤鈦鐵礦中存在納米微小孔道，像海綿一樣，這種納米孔道可吸附并儲存大量來自太陽風的氫原子?！蓖踯姀娊榻B，每個鈦鐵礦分子可吸附4個氫原子，是名副其實的月球“蓄水池”。

經過反復實驗，研究團隊確認1克月壤中大約可以產生51-76毫克水（即5.1%-7.6%）。以此計算，1噸月壤將可以產生約51-76千克水，相當于100多瓶500毫升的瓶裝水，基本可以滿足50人一天的飲水量。

實驗還發現，電子輻照可以降低氫與鐵氧化物的反應溫度，水的生成溫度可以從600℃降低至200℃。這可以解釋前人發現的氫元素在月球上分布隨著緯度的變化規律：赤道位置由于受太陽風輻照最強，而太陽風中含有大量電子，使得其中的氫更多被還原成水蒸氣而揮發出來；高緯度受太陽風電子輻照影響較小，可保留更多的氫。

通過加熱月壤收集月球水的原位開采與利用策略示意圖。

基于相關研究，科研團隊提出一種具有可行性的月球水資源原位開采與利用策略：首先通過凹面鏡或菲涅爾透鏡聚焦太陽光加熱月壤至熔融，加熱過程中，月壤將會與太陽風中注入的氫反應生成水、單質鐵和陶瓷玻璃?！八魵獗焕淠伤?，可以滿足月球上人類與各種動植物的飲水需要。而生成的鐵可以用于制造永磁和軟磁材料，為電力電子器件提供原材料，也可以用作建筑材料?！蓖踯姀娊榻B。

記者了解到，該策略將為未來月球科研站以及空間站建設提供重要的設計依據，并有望在后續嫦娥探月任務中發射驗證性設備以完成進一步確認。