月球的水在哪裏?最新研究的不可思議

2023-03-30 15:24:51 最後更新日期:2023-03-31 10:49:36
William Lam

現實中只是個小職員的軍武 / 科普愛好者

28ddafb01cbc439691cf3600f24590c345億年前有火星差不多大小的原行星忒伊亞(Theia)和剛形成的地球相撞並被毀,地球雖未被撞毀,但大量碎片給撞出來並拋到地球軌道附近,碎片在相當短的時間內(100年內)重新凝結形成月球。這就是現今科學家所謂「大撞擊假說」(Giant impact hypothesis)(圖片來自NASA)

 

一直以來,大家都知道月球上仍然有水份,但只存在於部分沒有陽光照到的隕石坑內側且以冰的形式存在著。事實上若照地月形成理論,月球上的大部分物質其實都是原始地球和另一個原行星相撞時給拋出來的,最後亦因引力關係在繞地球軌道上重新凝結而成。加上彗星撞擊,月球和地球應該差不多,水份不會少到哪裏去,然而過去月球表土的研究似乎並沒有發現什麼水份的存在。究竟月球的水份跑到哪裏?難道大部分都被蒸發了?

事實上,由於月球引力不足,當初形成月球時存在的水,除非被困在月球內部的玄武岩內,否則因火山爆發或隕石撞擊給帶上月表後,很快會因太陽風轟擊而分離成氫和氧,而兩者會變成氣體並脫離月球引力飛走。不過這不代表月球表面沒有水,而且可能比你所想多不少.....日前嫦娥5號的研究團隊在國際學術期刊《Nature Geoscience》發表研究報告,他們研究由月球表土挖掘及帶回的岩石樣本,並在表土以下較深層的土壤中,發現水份的踪影,但……這些水份全部被困在月壤中的硅酸鹽玻璃珠內。研究人員推測這種玻璃珠形成的兩個原因:月面火山爆發和隕石撞擊後帶來的高熱高壓。在形成過程中不少氧原子被困在撞擊玻璃珠內,但因為強烈的太陽風帶來更多的氫,氫進入玻璃珠內並與氧重新結合成水份。

 005yA嫦娥5號研究人員在其中六個樣本利用納米離子探針(nanoSIMS)都探測到水的痕跡(藍色方格所示)

 

研究人員指出這種化學反應主要發生在月表深度3至12公尺的月壤表層中,而由於表層月壤有大量這些撞擊玻璃珠,即使每顆的水份極少,估計月壤表層的總水份含量最多可達2700億噸,換算成立方公里約為270立方公里。

 maxresdefault 16青海湖是我國最大的湖,但論水體體積只排到世界第29位。月球表面土壤撞擊玻璃珠總水體體積相當於排第21位的加拿大尼皮貢湖。(資料來自連結,照片來自連結2)

 

不過,由地球淡水水體3500萬立方公里看,270其實……不多(甚至火星應該都比它多很多倍),只相當於2.5個青海湖的水體體積而已,加上需要極大量挖掘提煉,成本效益似乎相當低下;相對來說,月球部分隕石坑的永久陰影區水含量更少,總體可能只有5-6億噸,但因為較為集中,開發成本似乎更低也較容易。看來要在月球上發展,還是需要開發更能有效運用的水源了。由於月球有很大一部分物質來自地球,尤其是早期地幔,而地球內部地幔一的水份含量至少是地表的12倍,在早期大撞擊事件中,必然有不少水份隨給轟飛出來的地球殘骸重新凝結並進入月球內部玄武岩中,而月球的火山活動大約在10億年前才停止,至少應該仍有不少水份由溶岩帶到月表附近。若這些水份有匯聚起來並以冰形式存在於月岩中,那至少應該有一定開發價值,當然,這需要視乎量與富集度,以及水量深度而定了。

TT11嫦娥5號的返回艙載著月壤回到地球,並由工作人員小心翼翼打開並進行密封處理。事實上阿波羅計劃帶來的樣本不少,但當時技術所限只能做一定的研究,其他月岩月壤由於封密保存不太妥當,早已有地球的空氣與水份進入內部,相當於樣本已受污染,不太可能進行可靠的實驗了。現在部分月壤都給拿來測試種植的可能。圖為科羅拉多大學食品與農業科學系的研究員正在進行月壤種植測試。(圖片來自新華社Tyler Jones)

 

事實上,單就月壤而言,最不缺的其實是.......氧氣及金屬,而且多種金屬的富集度都比地球高2至10多倍。只要有較高效的方法把金屬化合物中的氧脫離,再配合氫氣(可能由地球運過來的氫燃料或月壤中含量不多的氫氣),似乎就可以合成水,然後剩餘的金屬物質再分離後可成為金屬原材料,或者將物質溶化後當成月表3D打印的源料,作為月球基地的建材使用。當然,這技術要實現還有相當遠的距離。

v2 2dd86601a46b43e9ca43fa1cdb028999 b以月壤部分金屬的富集度而言,的確非常適合......挖礦然後直接提煉。(網絡圖片)

發佈於 科學新知
By 2023-03-30

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