天博中国科学院国家空间科学中心等科研人员利用嫦娥五号月壤揭示月表中纬度高含量的太阳风成因水—新闻—科学网

中国科学院国度空间科学中央等科研职员哄骗嫦娥五号月壤展现月表中纬度高含量的太阳风成因水 月表水的来历与漫衍始终是国际上争辩以及研究的热门问题。最近几年来，遥感光谱探测数据发明，月表水（OH/H2O）的含量可能与纬度存于正相干，唆使月表水是由太阳风发射的H离子高速注入月球外貌造成的（图1）。最新的研究注解，月表水的日变迁可能也很显著，表示月表水有较高的遗失率。然而，遥感探测其实不能辨认水的来历，也没法得悉水含量从外貌向下的漫衍环境。是以，针对于月表水的含量、成因以及空间漫衍这些主要科学问题，中国科学院国度空间科学中央以及中国科学院地质与地球物理研究所结合团队对于嫦娥五号月壤样品开展了试验研究。结合团队哄骗纳米离子探针-透射电镜阐发技能对于月壤颗粒举行了H含量以及同位素阐发和微不雅布局研究。阐发成果发明，嫦娥五号月壤颗粒的最表层（~100nm）具备很高的H含量（象征着具备很高的水含量）以及极低的D/H同位素比值，证实其来自太阳。按照测定的H含量和月壤样品的粒径漫衍，估算的嫦娥五号着陆区太阳风来历水为46ppm，与遥感成果一致。研究职员将部门颗粒加热后，再举行纳米离子探针阐发。成果显示，太阳风注入的H于颗粒表层可以很好的生存。基在嫦娥五号矿物以及博璃中发明的、具备差别外形漫衍的H含量深度剖面成果，联合阿波罗已经有的试验数据，结合团队构建了一个太阳风H注入以及加热散布遗失的动态均衡模子。该模子猜测高纬度区域月壤颗粒表层含有很高的太阳风成因水。同时，基在该模仿成果，估算出的高纬月表水含量与遥感成果近似。

图1. 来自太阳外貌的高速氢离子注入到月球外貌并富集于月壤颗粒表层

前人经由过程对于遥感光谱探测的研究，发明月表OH/H2O的含量与纬度可能存于正相干性，即从赤道向南北极，跟着纬度增长水含量逐渐增长，于极区到达最高值。别的，研究还发明月表统一个地域早中晚水含量也有较着的变迁。好比，于赤道位置，月表水含量日变迁可高达200 ppm，唆使太阳风成因水于月球外貌的遗失速度较高。美国阿波罗以及苏联月球号收罗的月球样品均位在低纬区域（3.6 S-26.1 N），难以研究纬度（和相干的月表温度）对于月表水含量可能孕育发生的影响。我国嫦娥五号在2020年末乐成着陆于月球，并收罗返回了1.731kg月壤样品。嫦娥五号的着陆点位在北纬43.06度，高在阿波罗以及月球号的9个着陆区。此外，嫦娥五号着陆区玄武岩的春秋最年青，约20亿年。云云年青、中纬度区域的月壤样品，使咱们无机会能对于太阳风的演化、月表水轮回以及迁徙等方面开展研究。

结合团队从两份表取月壤（编号CE5C0400YJFM00409以及CE5C0400YJFM00407）中拔取了17个颗粒，包孕硅酸盐矿物（橄榄石、辉石、长石）以及博璃。哄骗于纳米离子探针上最新研发的超高空间分辩的深度剖面阐发技能，开展了H含量以及同位素（D/H）的试验阐发，并对于代表性颗粒开展了透射电镜阐发。只管纳米离子探针阐发技能不克不及区别H的赋存情势（好比：H二、OH、H2O等），但高的H含量仍然象征着高水含量的存于。结合团队得到了颗粒中H含量随深度的变迁剖面，其纵向分辩率约为1nm（图2）。阐发成果显示，嫦娥五号月壤颗粒的最表层100nm具备很高的H（可以理解为水）含量，该区域与透射电镜不雅测到的太空风化层的厚度相称。D/H同位素比值极低， D值为-908 至-992 ，证实高含量的H来自太阳。�첩按照测定的H含量以及月壤颗粒的粒度漫衍，研究职员估算了嫦娥五号月壤样品总体的水（H2O）含量约为46ppm，与遥感成果一致。阐发成果还发明，H含量深度剖面于博璃以及硅酸盐矿物的最表层具备两种差别的漫衍形态。于博璃中，H含量的剖面于26 7nm的位置呈现了一个峰（图2A）；而于硅酸盐矿物中，H含量整体出现枯燥递减的趋向（图2 B-D）。

图2. 嫦娥五号月壤颗粒的H含量深度剖面及其太空风化层厚度

结合团队拔取了此中一部门特性颗粒于180℃烘箱中加热了28小时，然后再用纳米离子探针阐发。加热阐发成果显示，太阳风注入的H于颗粒表层可以不变生存。研究团队基在加热试验阐发成果，对于差别温度下月壤颗粒中H的生存开展了数值模仿，成果显示太阳风成因水可于月表中、高纬度地域可以获得较好的生存（图3A、3B）。

图3. 数值模仿博璃以及硅酸盐矿物中的H含量深度剖面（A、B）埋藏后，H的散布遗失历程；（C、D）太阳风H注入以及加热散布遗失的动态历程

因为嫦娥五号着陆在中纬度（外貌温度较低），而阿波罗使命着陆在低纬度区域（外貌温度较高），结合团队哄骗嫦娥五号月球样品的试验数据以及阿波罗已经有的研究成果，构建了一个太阳风H注入与加热散布遗失的动态均衡模子（图3C、3D）。该模子猜测月表高纬度区域月壤颗粒的最表层可能生存有很高含量的太阳风成因水。基在该模子的计较成果以及月壤颗粒的粒度漫衍，估算出的水含量约为560 ppm，这与遥感成果近似。这一成果为月表差别纬度/温度下，月壤颗粒中太阳风H的注入以及迁徙提供了主要的制约。

上述研究结果于国际权势巨子学术期刊《美国国度科学院院刊》（PNAS）上揭晓。空间中央徐在晨副研究员以及地质地球所田恒次副研究员为配合第一作者，通信作者是地质地球所林杨挺研究员。论文信息：徐在晨#，田恒次#，张驰，Marc Chaussidon, 林杨挺*，郝佳龙，李瑞瑛，谷立新，杨蔚，黄莉莹，都骏，杨亚洲，刘洋，贺怀宇，邹永廖，李献华，吴福元. High abundance of solar wind-derived water in lunar soils from the middle latitude. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2022. DOI: 10.1073/pnas.2214395119。该研究获得国度天然科学基金（41973064，42103035，42230206）、中科院重点部署工程（QYZDJ-SSW-DQC001，ZDBS-SSW-JSC007）、平易近用航天技能预先研究工程（D020201，D020203）以及中科院地质与地球物理研究所重点部署工程（IGGCAS-202101）的撑持。

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