一項跨學科的研究首次揭示了月球上形成水的化學、物理和物質證據。來自Mānoa夏威夷大學的兩個團隊合作開展了這個項目：UHMānoa化學系的物理化學家，太陽能化學WM Keck研究實驗室和夏威夷地球物理與行星研究所（HIGP）的行星科學家。儘管月球探礦者號和月球硬著陸環形山觀測，傳感衛星等軌道飛行器發現表明，月球兩極存在水冰，但這些水的來源仍不確定。月球水是永久固定在月球的關鍵條件之一，它既是燃料和能源生產(氫、氧)的原料，也是「飲用水」。
這項突破性的研究成果發表在《美國國家科學院院刊》上。化學教授Ralf I. Kaiser和HIGP的Jeffrey Gillis-Davis設計了這些實驗，以測試太陽風、月球礦物和微隕石撞擊產生的氫質子之間的協同作用。對橄欖石樣品進行了輻照，橄欖石是一種幹礦物，是月球物質的替代物，氘離子是太陽風質子的替代物。即使把溫度提高到月球中緯度白天的溫度，實驗也沒有發現任何水形成的痕跡。但是當研究人員加熱樣品時，檢測到了分子氘。
這表明從太陽風中注入的氘或氫可以儲存在月球巖石中。因此，另一種高能來源可能是必要的，以觸發月球礦物中的水形成，然後釋放出一種可以檢測到的氣體。第二組氘輻照實驗後，雷射加熱模擬微隕石撞擊的熱效應。在雷射脈衝作用下，氣相中出現了與單離子化重水質量荷電比相匹配的離子爆炸現象。溫度升高後，雷射脈衝繼續產生水，這表明橄欖石儲存了雷射加熱釋放出重水的前體。為了給這些過程成像，並解釋對月球和其他天體更廣泛的影響。
水和它們的前體儲存在月球矽酸鹽中，並通過(微)隕石撞擊釋放到氣相中。圖片：Molecules and data courtesy of Cheng Zhu and Ralf I. Kaiser; background image courtesy of NASA/Goddard/Conceptual Image Lab.HIGP的石井和約翰·布拉德利希望在高級電子顯微鏡中心使用聚焦離子束掃描電子顯微鏡和透射電子顯微鏡。觀察到亞微米大小的表面坑，其中一些部分被蓋子覆蓋，這表明水蒸氣在表面下形成小泡，直到它們破裂，在微隕石撞擊時從月球矽酸鹽中釋放出水。HIGP的Jeffrey Gillis-Davis總結說：總的來說，這項研究增進了我們對月球和太陽系中其他無空氣物體(如水星和小行星)上探測到水的起源並理解，並首次為水的形成提供了一個科學合理且已被證實的機制。
過去二十年收集的觀測證據支持月球上存在水。然而，月球水的來源以及產生月球水的化學和/或物理過程仍然是未知。通過實驗室模擬實驗，證明了微隕石撞擊太陽風質子注入無水矽酸鹽所引起的熱衝擊可以產生和釋放水。新研究發現對於解釋月球上以及穀神星等其他不含空氣天體上水的起源，以及解開太陽系中目前的水分布狀況，都具有根本性的重要性。在月球表面發現水(H2O)和羥基自由基(OH)的來源，代表著一個基本的、尚未解決的謎題。
太陽風質子與矽酸鹽和氧化物的相互作用被認為是一個關鍵機制，但實驗室實驗得出的結果相互矛盾，這表明質子注入本身不足以產生和釋放水。通過實驗室模擬實驗結合成像研究證明，水可以通過快速的高能加熱，如微隕石撞擊到注入太陽風質子的無水矽酸鹽中，有效地生成和釋放。這些太陽風質子和微隕石的協同作用在礦物溫度為10到300k的情況下通過囊泡釋放水，從而為矽酸鹽中合成水的關鍵機制提供了證據。
博科園｜研究/來自：夏威夷大學馬諾阿分校參考期刊《美國國家科學院院刊》DOI: 10.1073/pnas.1819600116博科園｜科學、科技、科研、科普
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