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IT之家7月23日报道IT之家从中科院物理研究所官方微信获悉，我国嫦娥五号采集的月壤样品属于最年轻的玄武岩（年龄~20亿年），是迄今为止纬度最高的月球样品，为月球水研究提供了新机遇。
图 1. ULM-1 的照片和成分。a. CE5 土壤样品的照片，b. ULM-1 单晶的照片，c. EDS 光谱，d. EPMA 光谱，e. 拉曼光谱，f. 红外光谱。
中国科学院物理研究所/北京国家凝聚态物理中心研究员陈小龙、副研究员金世锋、博士生郝木南等人与北京科技大学副教授郭忠南、天津大学工程师尹伯浩、中国科学院青海盐湖研究所研究员马云琪、郑州大学工程师邓利军合作，在嫦娥五号带回的月球样品中，发现了富含水分子和铵盐的月球未知矿物晶体：ULM-1（图1）。这次发现标志着首次在月壤中发现分子水，揭示了月球上水分子和铵盐的真实存在形式。
图 2. ULM-1 的晶体结构和电荷密度。
研究人员基于单晶衍射和化学分析发现，这些月球水和铵盐以水合矿物的形式出现，其组成为（NH4，K，Cs，Rb）MgCl3·6H2O（图1）。该矿物分子式中含有多达六个结晶水，样品中水分子的质量比例高达41%（图2）。在红外和拉曼光谱中都可以清晰地观察到源自水分子和铵盐的特征振动峰（图1），晶体的电荷密度可以清楚地看到水分子中的氢（图2）。ULM-1的晶体结构和成分与近年来在地球上发现的一种罕见的陨石坑矿物相似。在地球上，这种矿物是由热玄武岩与富含水和氨的火山气体相互作用形成的。这一发现为月球上水和氨的来源提供了新的线索。
图3. 不同陆地和系外行星物质中氯同位素的分布。
为确保这一发现的准确性，研究人员进行了严格的化学和氯同位素（37Cl/35Cl）分析。纳米二次离子质谱（NanoSIMS）数据显示，该矿物的氯同位素组成与地球矿物有明显差异，δ37Cl值高达24‰，与月球上的矿物一致（图3）。对该矿物的化学成分和形成条件的分析进一步排除了地球污染或火箭尾气作为这种水合物来源的可能性。这种六水合物矿物的存在对月球火山气体的成分提出了重要的制约。基于热力学分析，当时月球火山气体中水含量的下限与当今地球上最干燥的火山伦盖（Lengai）相当（图4），这对我们理解月球的演化具有重要意义。这些发现揭示了月球火山脱气的复杂历史。
图 4. ULM-1 结晶对月球火山气体水逸度的限制。
这种水合矿物的发现，也向我们揭示了月球上水分子的一种可能存在形式——水合盐。与挥发性水冰不同，这种水合物在月球高纬度地区（嫦娥五号采样点）非常稳定。这意味着，即使在月球广大的阳光照射区域，也可能存在这种稳定的水合盐，为月球资源的利用和勘探提供了更为广阔的前景。月球表面水合矿物的发现，标志着月球水和铵盐研究取得重大突破，也为未来月球资源的开发利用提供了新的可能性。
相关研究成果以《嫦娥五号月球样品中富含水和铵分子的水合矿物的证据》为题在线发表于《自然天文学》。
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