从月壤里找到“水”后，他们以为“乌龙”了……_风闻

来源：中国科学报

成果示意图。物理所供图

从嫦娥五号带回的1.5克月壤中看到那粒透明的晶体时，中国科学院物理研究所（以下简称物理所）、北京凝聚态物理国家研究中心副研究员金士锋没有太惊喜。

它有头发丝粗细，比其他晶体透亮一点。金士锋和博士生郝木难透过手套箱里的放大镜，用绣花针一样的取样器把它吸出来，放进带有小格子的样品盒里，然后转头筛选其他样品。

富含分子水的晶体。

第二天，郝木难把装满晶体样品的盒子带到物理所北京怀柔园区的测试平台做衍射分析。金士锋则在物理所北京中关村园区参加团队负责人、物理所研究员陈小龙组织召开的讨论会。没过多久，会议就被郝木难的电话打断了：“金老师，有一粒透明单晶，含有结晶水！一个分子式里有6个！”

“怎么可能！”正在开会的老师、学生不敢相信自己的耳朵，“是不是月壤被污染了？”

之后的两年，他们翻文献、做测试、补实验，目标就是消除疑虑。

如果是真的……

金士锋和他所在团队当然希望这个发现是真的。

如果是真的，那将是重磅发现。

这么多年来，人们一直想方设法在月球上找水。以往的一些研究声称在月球上发现了“水”，但这些“水”基本都是羟基水，很难从矿物中提取出来。

与以往的发现不同，这次金士锋所在团队发现的是“分子水”。

“如果这个含有大量分子水的矿物真的来自月球，那么，只要稍微加热一下，我们就可以在月球上直接获得水。”金士锋告诉《中国科学报》，“这种晶体在地球上加热到100摄氏度左右，分子水能变成水蒸气，在月球上只要加热到70摄氏度就行。”

他还有一个更大胆的设想：如果能在月球上找到这种晶体的富矿，它或许能够成为人类在月球上的水源。

尽管设想让人振奋，但人类探月史上的一些“乌龙”事件，压制着他的兴奋。

金士锋记得，曾经美国阿波罗带回的岩石样品上有一块类似铁锈的印记，科研人员分析后发现是羟基氧化铁，论文发表后，引发全球关注。遗憾的是，之后科研人员做了氧的同位素分析，发现样品中的同位素成分与美国当地环境中的同位素成分占比一模一样。他们判断，羟基氧化铁的出现是因为样品返回地球后被当地水汽污染。

所以，当得知晶体中含有6个结晶水时，金士锋等人的第一反应不是兴奋，而是质疑。

把头发丝粗细的晶体切成8瓣儿

延续惯例，金士锋等人决定用同位素鉴定法检验样品来源。他们选择了氯。

金士锋副研究员

在地球上，自然界中的氯样品含有75.8%的氯-35和24.2%的氯-37，地球上的绝大部分矿物中，氯-35和氯-37同位素的含量差异都在一个很小的范围内。但月球矿物样品中，氯-35和氯-37的占比变化范围非常大，是已知的太阳系内所有物质中变化最大的。

有了思路之后，团队要做的就是完成检测。

当时国内能做氯同位素检测的机构，大多对样品本身的量有一定的要求。而金士锋等人手里的样品只有一粒，而且比头发丝粗不了多少。

他们与天津大学合作，开发出能够检测少量样品氯同位素的技术，还自己做出各种各样的“小东西”，用以将晶体制备成能被检测的样品。

这些“小东西”里，包括一个超级迷你款“铡刀”。

同位素检测所采用的纳米二次离子探针质谱仪，要求样品表面起伏不能超过一两微米，厚度不能超过几十微米。“怎么才能把这么小的样品切割得符合要求呢？”金士锋想。

如果用激光，损耗太大，他们担心“样品还没有完成使命，就被损耗掉了”；如果手工切，刀刃比样品大，手的抖动幅度也比样品大。于是，他们用了几个月时间，做了一把很小很小的铡刀，又把铡刀的一端固定在样品旁边。最终，头发丝粗细的样品被解离成符合各种检测要求的8瓣儿。

“当时，有些团队成员没有坚持下来，感觉这个事情太难了。”金士锋说。

坚持下来的人，也是在将近一年后才看到希望。为了将月壤样品与地球标准样品作对比，团队又花了几个月，买来各种试剂，按照月球样品的分子式制备出相似的地球标准样品，并联合其他高校和科研院所的科研人员，用地球样品“跑”完所有检测流程，校准仪器，做前期技术试错。

金士锋所在团队申请到的月壤样品。

直到万事俱备，他们才敢把月壤样品放上质谱仪。最后的测试结果显示，该矿物的氯同位素组成和地球矿物显著不同，与月球本身的矿物同位素组成相符。他们还对该矿物化学成分和形成条件进行了全面分析，排除了月壤晶体来自地球污染或火箭尾气污染的可能。

“令人惊讶”

在做实验的同时，他们也做了很多文献研究。

他们发现，月壤晶体的结构和组成，与地球上近年来发现的一种稀有火山口矿物相似，而地球上的这种矿石，由热玄武岩与富含水和氨的火山气体相互作用形成。于是，他们又对月球做了热力学分析，发现晶体形成时期的月球火山气体中水的含量下限，与目前地球上最为干燥的伦盖火山相当。

得出结果后，他们把研究细节事无巨细地写进论文，然后投给《自然-天文学》。

“我相信这是月球本源的矿物。祝贺作者发现了一类全新的月球矿物！”匿名评审看完后说。

这位匿名评审在评审意见中感叹：“我们许多处于行星科学职业生涯中期的人，都接受过这样的教育，即月球上的岩石以及月球本身是干燥的……这是一个令人惊讶的观察结果，将被广泛阅读、引用，并将改变人们对月球挥发物的看法。”

论文刊发后，这支研究团队感受到了公众的热情。金士锋发现，一些读者在留言中问“会不会是因为地球的大气污染”“是不是月壤在地球上吸收了水分”。“公众不仅有科学素养，而且有科学精神。”金士锋说。

这种热度让金士锋深受触动，他希望科学能够进一步解开月球之谜，让孩子们仰望月球时，会有与他儿时完全不同的感受。

如今，即便是他在仰望月球时，也有了全新的感受。他清晰地记得，2021年10月，他们把嫦娥五号月壤样品领回实验室的过程——1.5克样品，小半管儿，实验室里三四个人一起，像宝贝一样呵护着它，直到进入了严格控制的环境中才放心地打开。

今年6月，嫦娥六号带回了从月背采集的新样品，并将在年底面向国内开放申请。金士锋和他所在的陈小龙团队正在积极准备申请事宜，他们期待继续从月壤中寻找新矿物。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1038/s41550-024-02306-8