人类离地外生活越来越近了，但在月球或火星上维持生命需要一种关键的资源：水。

来自加州大学圣地亚哥分校的一个团队正在帮助确定月球水源，帮助美国宇航局的阿尔忒弥斯任务探索并最终殖民月球。通过分析月球岩石，研究人员发现，月球上的大部分水要么是原生的，要么来自彗星撞击，这推翻了太阳风起主要作用的观点。

揭开月球水的秘密

随着人类展望地球以外的未来 —— 月球、火星和更远的地方 —— 最大的挑战之一是确保生存的必需品：氧气、食物和水。科学家们知道月球上存在水，但确定水的确切位置至关重要。它是隐藏在环形山中，被困在永久阴影区，还是集中在两极？确定这些水源是支持月球长期居住的关键 —— 到目前为止，这还属于科幻小说的领域。

加州大学圣地亚哥分校的研究人员正在努力改变这种状况，他们将帮助指导未来的太空任务，包括美国宇航局的阿尔忒弥斯计划，该计划旨在探索并最终在月球上建立人类的存在。他们的研究发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）题为“月球和火星上的水”的特刊上，可以作为月球探测的路线图。这期杂志的封面甚至突出了阿尔忒弥斯（Artemis） I，这是美国宇航局雄心勃勃的月球计划的第一步。

参与这项研究的科学家包括加州大学圣地亚哥分校化学与生物化学杰出教授马克·蒂埃曼斯和布鲁塞尔自由大学研究员、斯克里普斯海洋研究所校友麦克斯韦尔·蒂埃曼斯的父子团队。他们的工作使我们更接近了解月球的水源，这是将月球探索变为长期现实的关键一步。

月球探索的遗产

1967年，诺贝尔奖得主哈罗德·尤里和詹姆斯·阿诺德 —— 他们都是加州大学圣地亚哥分校化学系的教员 —— 是首批收到阿波罗11号月球样本的人之一。尤里是最早提出月球上有水的理论的科学家之一，特别是在月球两极的永久阴影区域。

今天，科学家们认为月球上的水起源于三个来源之一：

1. 原产于月球，
2. 由太阳风（来自太阳的氢在月球上与氧气高能量反应，很可能在火星上产生水）产生。
3. 沉积物（来自撞击月球表面的冰彗星）。

在地球上，人类文明经常出现在水体附近，在太空中也不例外。在月球上，了解水源的来源是很重要的，因为这将为宇航员提供指导，告诉他们在哪里建立基地和栖息地是最谨慎的。

你知道吗？

最被广泛接受的理论是，大约45亿年前，地球和另一颗行星发生了碰撞。这次撞击产生的碎片在环绕地球的轨道上聚集，形成了月球。

美国宇航局的阿波罗太空任务从1961年持续到1972年，并于1969年首次登月。阿波罗号宇航员总共带回了842磅的月球岩石，其中一些被送到了哈罗德·尤里在加州大学圣地亚哥分校的实验室。

美国宇航局阿尔忒弥斯计划的目标是探索月球进行科学发现，并在为人类火星任务做准备时学习如何在另一个世界生活。阿尔忒弥斯1号是一次绕月无人试飞，而阿尔忒弥斯4号将首次亮相人类的第一个月球空间站。

月球的永久阴影区域永远看不到阳光。由于月球的轴线几乎垂直于太阳的方向，月球两极的一些地区在20多亿年的时间里一直处于黑暗之中。

从月球岩石中提取水

为了了解月球上水的来源，摩根·纳恩·马丁内斯（当时是加州大学圣地亚哥分校的研究生）从1969年阿波罗9号任务收集的月球岩石中提取了非常少量的水。从岩石中获取水听起来似乎不太可能，但通过“热释放”是可能的，这是一个将月球样本加热到50、150和1000摄氏度（分别为122、302和1832华氏度）的过程。事实证明，这些岩石出奇地“湿”。

最低的温度释放出轻束缚的水分子 —— 这些分子通过微弱的吸引力附着在其他分子（在这种情况下，是月球岩石）上。在1000摄氏度时，紧密结合的水分子被释放出来，这些水分子更深入地嵌入岩石中。

通过这个过程，气体水分子被收集起来，然后被净化，只剩下氧气。研究小组随后测量了三种不同氧同位素的组成。

同位素是同一元素的原子，它们有不同数量的中子，这改变了它们的质量 —— 中子越多，原子就越重。这些测量在确定物质的来源和年龄方面特别有用。

把它想象成太空取证。就像人类有独特的指纹一样，彗星和太阳等天体也有独特的特征。科学家们可以通过氧同位素测量来确定水的来源。

月球水的起源：数据揭示了什么

他们的数据显示，大部分月球水可能来自月球本身或彗星撞击。与普遍的看法相反，太阳风对月球的水储存并没有显著的贡献。

“这项研究的好处在于，我们使用了最先进的科学测量方法，它支持了关于月球水的常识 —— 大部分水从一开始就存在，更多的是由于这些冰冷的彗星撞击而增加的，”麦克斯韦·泰森斯说。“更复杂的太阳风提取水的方法似乎并没有那么有效。”

月球vs火星：展望未来

虽然这不是论文的主要内容，但研究人员也测量了火星上的样本。如果美国宇航局的阿尔忒弥斯计划能够成功地将人类殖民到月球上，那么这将是人类居住火星的最终任务的好兆头。

“这种工作以前没有做过，我们认为它可以为美国宇航局提供一些有价值的线索，了解月球上的水在哪里，”马克·泰森斯说。“阿尔忒弥斯的真正目标是到达火星。我们的研究表明，火星上的水可能至少和月球上的一样多，如果不是更多的话。”

下一步：提取和利用

当然，找到水源只是第一步。要想从月球岩石和土壤中大量提取出足以维持生命的水，还需要进一步的技术进步和发现。

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