四川观察2024年10月11日发布:中国公布月球制水新方法：1吨月壤能制50公斤，被美国学去咋办？

水在地球上很普通，但在月球上可是极为珍贵。由于月球没有大气层，月昼的温度又高达127℃，无法使水保持液态，所以至今为止也没在月球上发现过液态水。然而水既是航天员的生活必需品，也可用于生产火箭燃料。要想在月球上建立基地和开采资源，就必须要有水资源的保障。如果每次都要用飞船从地球向月球运水，那成本可就太高了。

因此，世界各国都在想尽办法在月球上找水，谁能找到可以利用的水源，谁就占据了开发月球的先机，最容易想到的办法，当然就是从月球表面的月壤和月岩中提取。上个世纪60年代末到70年代，美国实施了阿波罗计划，先后6次载人登月，一共带回了382公斤月球样品。但当时却并没有从中发现水的痕迹，一度使人们对月壤是否含水产生了误解。

其实月壤和月岩并非完全不含水，只是含量极其微小，而且形式也和正常的水分子不一样，以当时的技术并没有检测出来。到了1978年，苏联的无人采样返回任务也带回了月球样品，科学家在其中发现了极微量的水，但并没有引起全世界的重视。

直到1994年，美国的“克莱门汀”探测器在月球两极探测到了水冰的信号，人们才意识到月壤可能并非不含水。在对阿波罗登月样品重新检测之后，确实发现了很少量的水。但这些水是以羟基形式存在的，并不是真正的水分子。难道月壤中真的没有真正的水存在吗？

我国的嫦娥五号打破了这一概念，它带回了1731克月壤，中国科学家对其研究后得出了颠覆性的结论：月壤中确实含有以水分子形式存在的水。我国的科研团队在嫦娥五号月球样品中，发现了一种富含水分子和铵的未知矿物晶体ULM-1，分子式中存在6个结晶水分子，含水量高达41%，完全推翻了阿波罗登月样品的结论。

根据月球矿物光谱仪的分析，如果把羟基水和分子水都算上，1吨月壤中约含120克水。1瓶饮用矿泉水的水量是500克，如果要在月球上生产出1瓶饮用水，理论上需要提取4吨多的月壤，成本过于高昂，并不实际。

但我国科学家最近公布的月球制水新方法，却恰恰打破了这个思维定式，“从无到有”的利用月壤造出了大量的水。1吨月壤竟然能生产出50多公斤水，足足够装100多瓶，而且是真正的“月球矿泉水”！这到底是如何实现的呢？关键就在于月壤特殊的成分，里面隐藏着水的奥秘。

月球上既没有空气也没有强大的磁场，所以太阳发出的太阳风粒子可以毫无阻碍地到达月球表面，轰击月面的物质。太阳风主要的粒子就是质子，也就是氢原子核。这些质子打进月球表面物质内部之后，就变成了氢元素成分。而在月壤中还存在很多矿物，最常见的就是钛铁矿，含有大量的铁氧化物。

这时您可能已经看出一些端倪了：水分子是由一个氢原子和两个氧原子构成的，现在月壤中有现成的氢原子，也存在大量的氧原子，只要能让它们结合起来，不就变成水了吗？这可是个极为创新的想法，而我国科学家不仅想到了，而且还做到了！那么他们是如何实现让月壤的氢和氧结合成水的呢？

要说办法也很简单，那就是加热。将月壤加热到高温之后，氢原子会与铁氧化物发生氧化还原反应，从而生成铁金属单质和大量的水。当温度进一步升高到1000℃以上时，月壤会熔化，这些水就会以水蒸气的形式释放出来，再将水蒸气凝结，就可以得到液态水了。

要说科研人员发出这个现象还是挺偶然的，当时对月壤加热只是想研究氦气的释放，不料却发现了满屏幕的气泡，而且通过电子能量损失谱确认了气泡就是水蒸气。那么用这种方式最多能得到多少水呢？

根据实验结果，1克月壤用这种方法可以获得51~76毫克的水，1吨月壤就可以生产出51~76千克水，这可就是100多瓶矿泉水了，足以满足50个人一天的饮用所需。而且月壤在月球上遍地都是，取之不尽用之不竭，完全可以生产出大量的水！但这时又有一个关键问题出现了：把月壤加热到1000℃需要大量的能量，所需的能源在哪里呢？

月球上没有煤也没有天然气，如果需要依赖从地球上带过去的燃料，那就得不偿失了，肯定不可取，因此必须从月球本地获得能量。这个热源就是太阳能，是月球上最容易获得的能量来源。人类发射的月球探测器，都采用了太阳能电池板来发电，我国的嫦娥三、四、五、六号以及玉兔一号、二号都是如此。月球的白天长度达到了14天，完全有足够的能量来加工月壤。

但如何才能收集这些能量，用太阳能电池板发电后再拿电来加热吗？那样就太复杂了，效率非常低。我国科学家想到的办法是直接聚光，通过凹面镜或菲涅尔透镜，将太阳光聚焦到反应器中，把月壤加热到熔融状态，产生水蒸气。这些水蒸气冷凝后被储存在水箱里，可以用来饮用或培育植物，也可以电解生产氢氧燃料。

有意思的是这个反应不止产生了水，还附带生成了另外两种很有用的东西：金属铁和陶瓷玻璃。铁的用途就太广泛了，可以做磁铁，也可以直接做成钢材，用于建造月球基地或太空船。而月壤熔融后产生的陶瓷玻璃也不会被浪费，它可以做成砖块，在月球上盖房子，这样可以节省大量的金属材料，便于建立大型的月球城市，这可真是一举三得了！

笔者倒有一个建议，那就是参考地球上的光热电站，在月面上摆一个由上万块反射镜组成的聚光阵列，通过控制反射镜角度将太阳光聚焦到中央的聚光塔上。光热电站使用熔盐之类的储热物质来储存热量，只要将熔盐换成月壤，就可以实现大规模的造水，产量会相当大，技术也比较成熟。

我国科学家研究出的造水方法，可贵之处在于实现了月球资源的原位利用，不需要大规模的太空运输，就能获得宝贵的水和其它资源，闭着眼就能看出是可行的，完全可以作为下一步月球探索的方向。

其实在这个开创式的造水方法提出之前，人们想的最多的还是直接获得月球上的水冰。目前比较有希望找到水冰的地点，是月球极地的永久阴影区。由于极地区域的太阳光照射角度很低，又存在很多很深的撞击坑，在这些巨大撞击坑的内部，有很多区域是永远见不到阳光的，温度可以低到零下180℃以下，如果有水就会凝固成冰，并且可以长期保存。

考虑到这些撞击坑大多由来自柯伊伯带的彗星造成，彗星本身就含有大量的水。在撞击月球后，这些水并没有完全散失到宇宙空间中，有可能还保存在撞击坑内部的永久阴影区，形成了一个个“大水库”。

2009年10月，美国的LCROSS项目用一枚半人马座上面级火箭和“牧羊”探测器撞击了月球南极的凯布斯撞击坑，并且观测到了水蒸汽和水冰碎片的信号，证实了撞击坑内有水冰存在。

为了进一步研究并获得这些水资源，美国曾经计划发射“毒蛇”号月球车，要深入月球南极的撞击坑内部寻找水冰，但这个项目因为大幅超期和超支，现在已被砍掉了。

而我国计划在2026年发射的嫦娥七号，着陆区域也在月球南极区域。在登陆月球之后，嫦娥七号将会释放一台“飞跃器”，进入附近的沙克尔顿撞击坑，寻找可能存在的水冰。

与前面讲的月壤制水相比，这种找水的方法更加直接，有希望找到现成的巨量水资源，但也存在很大的不确实性，开采起来可能有较大难度。因此，这两种办法我们都不能放弃，要两手准备。估计网友们会有一个担心：既然月壤制水的方法都被公布出来了，相当于“开源”，会不会被美国或其他国家学过去，这样他们不就也能在月球上制水了吗？