“#嫦娥五号#”让#月球#有水“实锤” ，但水的来源依旧存争议
近日，中科院地质地球所行星科学团队在《科学进展》上发表论文，研究结果显示嫦娥五号探测器发现月壤、月岩中存在微量水，这是人类月球原位探测的重大发现，也让月球上是否有水的争议尘埃落定。那么，月球上的水来自哪里？是否可以为人类所用呢?
嫦娥五号采样区背景图和水含量
月球是否有水争论多年
月球是距离地球最近的大型天体，古时候人类对月球有着美好的想象，编织出如梦似幻的神话故事。然而，天文学家早就发现月球是一个没有大气，遍布陨石坑的“死星”。尽管如此，1952年氘的发现者、美国化学家哈罗德·尤里提出了月球上的永久阴影区可能存在水或类似的挥发性物质。
虽然当时人类没有能力探测和验证这一推测，但上世纪60~70年代的美苏探月和登月竞赛，为月球找水提供了可能。1969年，阿波罗11号载人飞船首次登月成功，但无论是月面仪器还是航天员带回的样品，都没有发现月球有水的证据。一时间，月球是干燥无水的星球成为共识。
美国航天员在月球上展示国旗
这一时期，苏联通过“月球16号”“月球20号”和“月球24号”3次成功的取样返回探测任务，采回了约300克月壤月岩样品。苏联科研人员通过分析月壤样品发现，月壤中存在微量的水。
事实上，“阿波罗”任务取回的样品也有类似发现，但美苏检测到月壤中水的含量都很低，更重要的是，都无法排除月壤返回地面后接触水蒸气的可能性，也就导致不能肯定地宣布月球上有水存在。
“阿波罗”载人登月任务中取回的月球岩石样本
随着遥感技术的进步，以及上世纪90年代月球探测的回潮，月球找水进入新阶段。1994年，美国科研人员通过克莱门汀探测器的雷达对月球两极进行了探测，发现疑似冰存在的证据。1998年，美国“月球勘探者号”通过伽马射线仪和中子频谱仪，探测到月球极区富含氢元素，为水的存在提供了旁证。
随后，各国加大探测力度，美国月球勘测轨道飞行器用更灵敏的种子探测器和莱曼-α探测器，在月球南极环形山中探测到水和羟基信号。印度“月船一号”上的M3探测器也在月球极区发现了羟基信号。2009年，美国使用LCROSS探测器撞击月球，携带的红外和紫外分光计发现了水和羟基信号。然而，3微米的红外波段不能区分水和羟基，无法作为不可辩驳的证据。
实际上，月球上的水不止存在于永久阴影区。2020年，美国宇航局宣布，SOFIA在2018年8月的飞行观测中，发现月球南部克拉维乌斯环形山附近有6毫米红外辐射。SOFIA是一个携带2.5米望远镜的波音747飞机，而6毫米红外光是水分子受热振动产生的，这个发现证明月球表面存在水分子而不仅是羟基。
SOFIA平台发现月球存在水分子
SOFIA发现克拉维乌斯环形山附近的水浓度为100~400ppm，也就是每吨月壤含有100~400克水。不过，月球有水的最新证据，是来自 “嫦娥五号”。
月球克拉维乌斯环形山
美国找到月球有水的证据，不是来自SOFIA这个地球同温层观测平台，就是月球轨道上的环绕器，而“嫦娥五号”软着陆对月壤进行原位探测，估算出了月壤含水约为120ppm，月岩含水量约180ppm，这是人类首次通过原位探测证明月球有水，算是实锤了月球有水存在的证据。
水的来源依旧存争议
月面白天温度最高可达160摄氏度，夜间最低能降到零下180摄氏度。在这样严酷的环境下，液态水早就蒸发殆尽。那么，月球上的水到底来自哪里呢？
首先我们要知道，月球上并没有直接发现游离的液态水或冰，甚至没有发现主要成分是羟基的矿物，无论是遥感还是原位探测，月球上的水是通过水分子和羟基的红外信号，折算出来的含水量，这些“水”很可能是月球矿物晶格中的结晶水和结构水，或以其他诡异的状态苟延残喘。
更进一步说，月球表面的含水量是微乎其微的，月岩180ppm的含水量相当于1吨月岩中只有180克水，这点水不要说和大多数地球土壤相比，就是和干燥的沙漠对比都少得可怜。沙漠中沙子的含水量每吨一般在2公斤到十几公斤，而月壤中的水不到地球沙漠含水量的1/10。
目前，科研人员对月球上水的来源提出了3种不同说法：
第一种推测，月面的水是太阳风吹来的。太阳风不仅会吹走火星大气，它也含有大量的氢，当太阳风吹到月球表面时，太阳风中的氢和月壤矿物中的氧结合形成羟基甚至水分子，并在月壤中保存下来。科研人员认为，月壤中大部分的水是太阳风吹来的。
第二种假说，月面的水是彗星撞来的。来自外太阳系的彗星含有大量的水冰，它们进入内太阳系在阳光照耀下挥发，但也有些彗星撞击到月球，带来宝贵的水。彗星撞击时绝大部分的水都蒸发逃逸不复存在，但也可能有一部分水渗入月壤，保存下来成为月壤中的水。
第三种猜测，月球岩石本身就含有水。固态星球矿物含水本就顺理成章，以近期汤加火山大喷发为例，火山喷发的气体中绝大多数都是水蒸气。科研人员在“阿波罗”取回的月球样品中，发现部分矿物中含有极少的水，可以支持这个猜测，而嫦娥五号着陆器发现月岩含水量远高于月壤，尤其是它探测的那块月岩，本身形成于月球深处，是陨石撞击溅射出来的，这为月球水的内生说提供了有力证据。
航天员从月球上采集到的玄武岩
综上所述，月球上的水既可能是太阳风吹来的，也可能是月球形成时岩浆本身就有的，还可能是彗星等深空天体撞击带来的。根据“嫦娥五号”的探测分析结果，月壤中的水绝大部分是太阳风贡献的，而月岩的水多数应该是岩浆凝固前就有的。
月球取水还得看极地
月球有水的喜讯听到了多次，但较真地说，目前月球有水，还只是对水分子甚至羟基进行光谱探测的结果，最多只能证明月球表面存在水分子，要说存在水蒸气、水冰，甚至是液态水等货真价实的游离水，仍然有待发现。
水是生命之源，虽然科学探测发现月球上有水，但在严酷的环境下月球无法诞生生命。即使如此，水的存在也让月球成为了一个别具吸引力的地方。很多人甚至一些科研人员写的论文都在大胆畅想，如果能有效开采和利用月球上的水，将能帮助航天员维持在月球上的活动，甚至制取氢氧推进剂，服务载人登陆火星的计划。
美国商业公司表示，要利用月球上的水制取推进剂，为深空探测器、载人飞船和静止轨道卫星补加推进剂，让月球上的水成为有利可图的资源。
尽管如此，美国SOFIA和“嫦娥五号”对月面探测找水的结果，都表明月面的水含量太低，直接从月壤制取水的难度和成本太高，至少在月球探测和开发初期是缺乏经济价值的。
另外，目前的遥感探测表明，月球两极的永久阴影区应该存在丰富的水资源。虽然月球极区存在水冰或富含挥发水的矿物，还只是根据遥感探测数据的合理猜测，但月球基地永久阴影区的含水量要比SOFIA和“嫦娥五号”探测的月面中低纬度地区高很多。
蓝色区域显示月球南极可能存在水冰的位置
暴露在阳光下的月壤、月岩中存在水，固然是科学上的重大发现，但在工程上尤其是人类未来建设月球基地，甚至是月面制取推进剂，这么低的含水量显然缺乏实用价值，因此，人类要利用月球上的水，还得深入月球南北极的永久阴影区。
未来，我国“嫦娥七号”将携带飞跃探测器，对月球极区陨石坑的阴影区进行原位探测，我们期待它带来更劲爆的好消息。
文/张雪松
近日，中科院地质地球所行星科学团队在《科学进展》上发表论文，研究结果显示嫦娥五号探测器发现月壤、月岩中存在微量水，这是人类月球原位探测的重大发现，也让月球上是否有水的争议尘埃落定。那么，月球上的水来自哪里？是否可以为人类所用呢?
嫦娥五号采样区背景图和水含量
月球是否有水争论多年
月球是距离地球最近的大型天体，古时候人类对月球有着美好的想象，编织出如梦似幻的神话故事。然而，天文学家早就发现月球是一个没有大气，遍布陨石坑的“死星”。尽管如此，1952年氘的发现者、美国化学家哈罗德·尤里提出了月球上的永久阴影区可能存在水或类似的挥发性物质。
虽然当时人类没有能力探测和验证这一推测，但上世纪60~70年代的美苏探月和登月竞赛，为月球找水提供了可能。1969年，阿波罗11号载人飞船首次登月成功，但无论是月面仪器还是航天员带回的样品，都没有发现月球有水的证据。一时间，月球是干燥无水的星球成为共识。
美国航天员在月球上展示国旗
这一时期，苏联通过“月球16号”“月球20号”和“月球24号”3次成功的取样返回探测任务，采回了约300克月壤月岩样品。苏联科研人员通过分析月壤样品发现，月壤中存在微量的水。
事实上，“阿波罗”任务取回的样品也有类似发现，但美苏检测到月壤中水的含量都很低，更重要的是，都无法排除月壤返回地面后接触水蒸气的可能性，也就导致不能肯定地宣布月球上有水存在。
“阿波罗”载人登月任务中取回的月球岩石样本
随着遥感技术的进步，以及上世纪90年代月球探测的回潮，月球找水进入新阶段。1994年，美国科研人员通过克莱门汀探测器的雷达对月球两极进行了探测，发现疑似冰存在的证据。1998年，美国“月球勘探者号”通过伽马射线仪和中子频谱仪，探测到月球极区富含氢元素，为水的存在提供了旁证。
随后，各国加大探测力度，美国月球勘测轨道飞行器用更灵敏的种子探测器和莱曼-α探测器，在月球南极环形山中探测到水和羟基信号。印度“月船一号”上的M3探测器也在月球极区发现了羟基信号。2009年，美国使用LCROSS探测器撞击月球，携带的红外和紫外分光计发现了水和羟基信号。然而，3微米的红外波段不能区分水和羟基，无法作为不可辩驳的证据。
实际上，月球上的水不止存在于永久阴影区。2020年，美国宇航局宣布，SOFIA在2018年8月的飞行观测中，发现月球南部克拉维乌斯环形山附近有6毫米红外辐射。SOFIA是一个携带2.5米望远镜的波音747飞机，而6毫米红外光是水分子受热振动产生的，这个发现证明月球表面存在水分子而不仅是羟基。
SOFIA平台发现月球存在水分子
SOFIA发现克拉维乌斯环形山附近的水浓度为100~400ppm，也就是每吨月壤含有100~400克水。不过，月球有水的最新证据，是来自 “嫦娥五号”。
月球克拉维乌斯环形山
美国找到月球有水的证据，不是来自SOFIA这个地球同温层观测平台，就是月球轨道上的环绕器，而“嫦娥五号”软着陆对月壤进行原位探测，估算出了月壤含水约为120ppm，月岩含水量约180ppm，这是人类首次通过原位探测证明月球有水，算是实锤了月球有水存在的证据。
水的来源依旧存争议
月面白天温度最高可达160摄氏度，夜间最低能降到零下180摄氏度。在这样严酷的环境下，液态水早就蒸发殆尽。那么，月球上的水到底来自哪里呢？
首先我们要知道，月球上并没有直接发现游离的液态水或冰，甚至没有发现主要成分是羟基的矿物，无论是遥感还是原位探测，月球上的水是通过水分子和羟基的红外信号，折算出来的含水量，这些“水”很可能是月球矿物晶格中的结晶水和结构水，或以其他诡异的状态苟延残喘。
更进一步说，月球表面的含水量是微乎其微的，月岩180ppm的含水量相当于1吨月岩中只有180克水，这点水不要说和大多数地球土壤相比，就是和干燥的沙漠对比都少得可怜。沙漠中沙子的含水量每吨一般在2公斤到十几公斤，而月壤中的水不到地球沙漠含水量的1/10。
目前，科研人员对月球上水的来源提出了3种不同说法：
第一种推测，月面的水是太阳风吹来的。太阳风不仅会吹走火星大气，它也含有大量的氢，当太阳风吹到月球表面时，太阳风中的氢和月壤矿物中的氧结合形成羟基甚至水分子，并在月壤中保存下来。科研人员认为，月壤中大部分的水是太阳风吹来的。
第二种假说，月面的水是彗星撞来的。来自外太阳系的彗星含有大量的水冰，它们进入内太阳系在阳光照耀下挥发，但也有些彗星撞击到月球，带来宝贵的水。彗星撞击时绝大部分的水都蒸发逃逸不复存在，但也可能有一部分水渗入月壤，保存下来成为月壤中的水。
第三种猜测，月球岩石本身就含有水。固态星球矿物含水本就顺理成章，以近期汤加火山大喷发为例，火山喷发的气体中绝大多数都是水蒸气。科研人员在“阿波罗”取回的月球样品中，发现部分矿物中含有极少的水，可以支持这个猜测，而嫦娥五号着陆器发现月岩含水量远高于月壤，尤其是它探测的那块月岩，本身形成于月球深处，是陨石撞击溅射出来的，这为月球水的内生说提供了有力证据。
航天员从月球上采集到的玄武岩
综上所述，月球上的水既可能是太阳风吹来的，也可能是月球形成时岩浆本身就有的，还可能是彗星等深空天体撞击带来的。根据“嫦娥五号”的探测分析结果，月壤中的水绝大部分是太阳风贡献的，而月岩的水多数应该是岩浆凝固前就有的。
月球取水还得看极地
月球有水的喜讯听到了多次，但较真地说，目前月球有水，还只是对水分子甚至羟基进行光谱探测的结果，最多只能证明月球表面存在水分子，要说存在水蒸气、水冰，甚至是液态水等货真价实的游离水，仍然有待发现。
水是生命之源，虽然科学探测发现月球上有水，但在严酷的环境下月球无法诞生生命。即使如此，水的存在也让月球成为了一个别具吸引力的地方。很多人甚至一些科研人员写的论文都在大胆畅想，如果能有效开采和利用月球上的水，将能帮助航天员维持在月球上的活动，甚至制取氢氧推进剂，服务载人登陆火星的计划。
美国商业公司表示，要利用月球上的水制取推进剂，为深空探测器、载人飞船和静止轨道卫星补加推进剂，让月球上的水成为有利可图的资源。
尽管如此，美国SOFIA和“嫦娥五号”对月面探测找水的结果，都表明月面的水含量太低，直接从月壤制取水的难度和成本太高，至少在月球探测和开发初期是缺乏经济价值的。
另外，目前的遥感探测表明，月球两极的永久阴影区应该存在丰富的水资源。虽然月球极区存在水冰或富含挥发水的矿物，还只是根据遥感探测数据的合理猜测，但月球基地永久阴影区的含水量要比SOFIA和“嫦娥五号”探测的月面中低纬度地区高很多。
蓝色区域显示月球南极可能存在水冰的位置
暴露在阳光下的月壤、月岩中存在水，固然是科学上的重大发现，但在工程上尤其是人类未来建设月球基地，甚至是月面制取推进剂，这么低的含水量显然缺乏实用价值，因此，人类要利用月球上的水，还得深入月球南北极的永久阴影区。
未来，我国“嫦娥七号”将携带飞跃探测器，对月球极区陨石坑的阴影区进行原位探测，我们期待它带来更劲爆的好消息。
文/张雪松
【天问一号火星磁强计伸杆成功在轨展开 开启火星空间磁场探测之旅】5月25日9时49分，中国科学技术大学独立研制的天问一号探测器环绕器有效载荷—火星磁强计的伸杆实施了在轨展开，遥测参数显示伸杆展开到位，返回科学数据显示产品运行正常，火星磁强计即将开启对近火空间矢量磁场的科学探测任务。
中国科学技术大学作为我国深空探测历史上首个承担单机级科学载荷研制任务的高校，其独立研制的火星磁强计是天问一号探测器中环绕器的7个科学载荷之一，其主要科学探测任务包括全面准确地测量火星空间边界层，探测火星南部局地岩层的有效剩磁及火星感应磁层，研究近火空间处的行星际磁场，同时还会结合其他载荷仪器对火星大气中的粒子逃逸等问题开展研究。火星磁强计的两个磁通门探头安装在一根长的伸杆上（如图所示：左图为压紧状态，右图为地面展开试验），伸杆的作用是使得探头远离卫星本体，从而减小卫星本底剩磁对探头所测空间磁场的影响，伸杆的成功展开标志着火星磁强计正式开启其科学探测任务。
#火星磁强计##天问一号登陆火星##航空航天科普季#
中国科学技术大学作为我国深空探测历史上首个承担单机级科学载荷研制任务的高校，其独立研制的火星磁强计是天问一号探测器中环绕器的7个科学载荷之一，其主要科学探测任务包括全面准确地测量火星空间边界层，探测火星南部局地岩层的有效剩磁及火星感应磁层，研究近火空间处的行星际磁场，同时还会结合其他载荷仪器对火星大气中的粒子逃逸等问题开展研究。火星磁强计的两个磁通门探头安装在一根长的伸杆上（如图所示：左图为压紧状态，右图为地面展开试验），伸杆的作用是使得探头远离卫星本体，从而减小卫星本底剩磁对探头所测空间磁场的影响，伸杆的成功展开标志着火星磁强计正式开启其科学探测任务。
#火星磁强计##天问一号登陆火星##航空航天科普季#
【马斯克豪言5年内登陆火星，下一代火箭原型机却不断“爆雷”，SN11的命运……】根据马斯克此前放出的豪言，SpaceX公司将在5年内实施载人登陆火星的计划，甚至曾经表示要在2050年前实现100万人移居火星。对于人类来说，目前登陆火星所面临的最大挑战就是要有发射能力足够强大的火箭。而根据SpaceX的计划，星舰（Starship）将是承载这个希望的下一代火箭。根据计划，它将可以携带100人或大量的货物运到月球或火星上去。
目前来说，星舰仍然在研发阶段，并且正在利用原型机进行测试，查找其中的问题。不过，最近的几次原型机，表现却差强人意。
2020年12月10日，星舰原型机SN8进行跳跃测试，结果在降落时发生爆炸。
2021年2月2日，性能9发射升空，进行了10公里高空的飞行测试。虽然飞行过程非常顺利，但是在着陆后像它的前辈一样以爆炸收尾。
2021年3月3日，SN10再一次进行了10公里高空的飞行测试，并且经过漂亮的转身和下降，平稳地降落到地面。就在大家准备庆贺的时候，SN10还是加入了两个前辈的结局，突然发生爆炸，变成了一堆碎片。
刚刚过去不到一个星期，SpaceX公司已经准备好了下一台原型机——SN11，并将其移至位于德克萨斯州博卡奇卡设施的发射台上，准备进行下一次测试。原型机的结构相对比较简单，因此生产速度相对较快，可以保证技术人员进行大量的测试。简单来说，它们就像是小白鼠，用来帮助技术人员找到漏洞和问题并进行及时的调整。因此，原型机测试失败或者爆炸虽说不够令人兴奋，但也并不会带来过于悲观的消息。
目前，SpaceX公司方面还没有最终确定SN11的发射时间，不过相信不会太远了。在前三台原型机都以爆炸收尾的情况下，SN11能否带来好消息，取得一次完美的测试呢？让我们拭目以待！
目前来说，星舰仍然在研发阶段，并且正在利用原型机进行测试，查找其中的问题。不过，最近的几次原型机，表现却差强人意。
2020年12月10日，星舰原型机SN8进行跳跃测试，结果在降落时发生爆炸。
2021年2月2日，性能9发射升空，进行了10公里高空的飞行测试。虽然飞行过程非常顺利，但是在着陆后像它的前辈一样以爆炸收尾。
2021年3月3日，SN10再一次进行了10公里高空的飞行测试，并且经过漂亮的转身和下降，平稳地降落到地面。就在大家准备庆贺的时候，SN10还是加入了两个前辈的结局，突然发生爆炸，变成了一堆碎片。
刚刚过去不到一个星期，SpaceX公司已经准备好了下一台原型机——SN11，并将其移至位于德克萨斯州博卡奇卡设施的发射台上，准备进行下一次测试。原型机的结构相对比较简单，因此生产速度相对较快，可以保证技术人员进行大量的测试。简单来说，它们就像是小白鼠，用来帮助技术人员找到漏洞和问题并进行及时的调整。因此，原型机测试失败或者爆炸虽说不够令人兴奋，但也并不会带来过于悲观的消息。
目前，SpaceX公司方面还没有最终确定SN11的发射时间，不过相信不会太远了。在前三台原型机都以爆炸收尾的情况下，SN11能否带来好消息，取得一次完美的测试呢？让我们拭目以待！
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