来源：北京日报APP 发布日期：2025-5-15 记者：刘苏雅
水是生命之源。
江河湖海、溪池泽涧，覆盖地球表面超过70%面积的水，孕育了多彩的世界。
地球上几乎所有生命体的代谢过程，都离不开水。但放眼茫茫宇宙，想找到水的踪迹，并非易事。
从来自火星的陨石，到嫦娥五号、嫦娥六号取回的月壤样品，中国科研实验室地质与地球物理研究所研究员胡森团队的研究方向清晰明了——找水。不过，他要寻找的不是随处可见的液态水，而是这些“天外来客”身上的“水痕”，也就是氢元素的痕迹。
4月9日，胡森团队的“找水”成果再次登上学术期刊《自然》杂志。研究成果显示，每克嫦娥六号玄武岩中的水含量小于2微克，证实了月球背面月幔比正面更“干”。
当前，我国深空探测任务稳步推进，嫦娥七号将前往月球南极寻找水冰，天问三号计划实现火星采样返回。
“期待这些任务能带来更多的好消息，希望在未来的某一天，我们能够真正利用起这些珍贵的水资源，去探索更远的深空。”胡森说。
在显微镜下分选月壤样品
火星陨石内找“水”
胡森的办公室里，放着一台天文望远镜。透过望远镜，月球上高低错落的环形山、火星淡红色的“面庞”，清晰可见。
在他团队的实验台上，来自38万公里外的月壤样品、来自2.25亿公里外的火星陨石样品，一克值万金。
水是影响生命起源和演化、地质活动、地表环境等重大科学问题的重要因素，在行星的形成、演化过程中，它是重要的“基因”之一。不过，要在其他星球上寻找“生命之源”的存在，实属不易。“事实上，到现在为止，人类还没有在除地球以外的任何一个星球上发现液态水，我们要寻找的，是组成水的羟基。”胡森在行星化学领域的科研工作，始于十多年前。当时，他唯一能接触到的行星样品，就是“天上掉下来的星星”——陨石。
每一颗陨石中，都承载着太阳系中的天体演化事件线索，可谓“太阳系化石”。
其中，来自火星的陨石样本，是行星科学界研究的热点之一。火星与地球同处于太阳系宜居带，人们普遍认为，火星早期曾存在过大面积液态水，且与当今地球具有相似的宜居环境，具备孕育生命的必要条件。然而，现在的火星已是“沧海变荒漠”，表面干燥、寒冷，了无生机。
我国已公布了天问三号火星取样返回任务的计划，预计将在2030年前后取回人类第一份火星样本。“直到现在，火星陨石还是实验室里唯一能够召开研究的火星样品。”第一次拿到火星陨石样本时激动的心情，胡森至今难以忘怀，“当时，全世界确认的火星陨石只有10块左右，我的手中就拿着其中一小份样本。”
传统的地质学研究中，通常需要使用树脂对样本进行包埋，以便于后续实验操作。但树脂的成分以碳、氢元素为主，高真空条件下，树脂中的氢元素会跑出来，干扰检测数据。
“当时得出的数据让我们哭笑不得，探针打到哪里都有‘水’，连不锈钢板都显示出很强的氢元素信号。”胡森笑道，他所在的课题组是国内第一个聚焦微区水含量和氢同位素分析的团队，没有先例可循，他们只能从研究方法开始白手起家，反复试错。“很长一段时间内，我们实验室测水是禁止用树脂包埋的，转而用金属铟代替，这样处理后，仪器取得的信号就相对可靠了。”
在火星陨石中，羟基磷灰石、淬火玻璃包裹体等成分记录了火星内部水的变化。“在一块结晶于13亿年前的纯橄质火星陨石中，我们看到了非常漂亮的氢同位素环带，这说明它从形成到抵达地球期间，先后经历过两次水的变化过程。”胡森说，利用陨石这枚“钥匙”，团队持续还原火星的演化过程。
行星科学，样品非常重要。获取天体的更多“第一手”样品，对行星科学研究极为关键。除了陨石这种“太空礼物”，人类研发的地外天体探测器，更是有助于行星科学研究的重要创造。
胡森在分析实验数据
无尘小屋里“阅壤”
月壤，它来了。
人类对地外天体的探测通常分为三个阶段：天文观测、遥感或就位探测、采样返回。而在这三个阶段中，能将样品带回地面实验室的采样返回，是帮助人类认识天体的最重要一环。
“嫦娥奔月”的古老神话，在新时代成为现实。我国探月工程经过“绕、落、回”三步走，终于在2020年实现了首次月球无人采样返回，嫦娥五号带回了月球表面的第一抔“土”。
3克珍贵的月壤样品，来到了中国科研实验室地质与地球物理研究所。
“备战了十多年，但当一小堆黑乎乎的月壤真的摆在我的面前，我愁了一整天，也不敢轻易动手。”胡森感慨，平均粒径仅有几十微米的月壤样品，看上去更像是一堆尘埃。它比面粉还要细腻，如果轻轻吹上一口气，就会四处飘散。
胡森的目标，就是从这些样品中挑出足够多的玄武岩岩屑。“相对来说，月壤中玄武岩岩屑的直径会稍大一些，但也只有100至300微米，比头发丝稍粗一些，重量通常还不到1毫克，分选工作是一大考验。”
在20倍的显微镜下，乌黑的月壤呈现出另一番样貌，色彩多样、粒粒分明。“体型健壮”的灰黑色玄武岩是胡森团队分选的主要目标。泛白的斜长石、黄色的橄榄石、五彩的玻璃珠点缀其中，是进行月球火山活动等领域研究的重要载体。
显微镜视野下，哪怕是一把已经经过仔细打磨的小镊子，看起来都是一个“庞然大物”。相比之下，月壤颗粒的身材相当娇小，这也意味着在挑选过程中，手部的力量要拿捏得十分精准。力气稍大，岩屑就可能碎裂。中国科研实验室z6com人生就是博的制靶技术员马红霞在细颗粒物挑选领域已经深耕了18年，是当之无愧的“老师傅”。作为团队中第一个“接触”月壤样品的人，她的心态很稳，手上的动作看不出丝毫波动。
一粒、两粒、三粒……大小不一的玄武岩岩屑，被她挑选出来，排列在一旁。
月壤样品的储存、处理和分析环境很有讲究。“月壤一旦暴露在空气中，就会受到污染。航天队伍倾尽心血取回的珍贵样本，我们一定要守护好、用好它，怎样小心都不为过。”虽然已经与月壤打了多年交道，胡森却从未亲手触摸过月壤。
科研团队搭建了千级无尘超净间，所有对月壤样品进行的操作，都必须在充满高纯度氮气的手套箱中进行。在这间月壤样品的专属小屋内，水和氧气的含量低于百万分之一，尽可能模拟月球表面的环境条件。
每一枚月壤颗粒都是无价之宝，但在召开科学研究的过程中，损耗在所难免。为了挑选出“最有故事”的岩屑，黏附在上面的其他颗粒就可能被损耗掉。制备样品靶时，必经的打磨过程也会消耗部分样品。“我们在实验中，会尽可能使用无损或是超微量有损的分析方法，比较常用的方法之一就是纳米离子探针。”胡森介绍，这种仪器是利用离子轰击样品，让样品内部的成分溅射出来，再对这些成分进行电离，召开成分分析。
现在，全球的纳米离子探针设备约有50台，但有能力用纳米离子探针设备召开高精度微区分析的团队凤毛麟角。“即使你手里有一把性能再好的枪，枪法也得自己磨练。”胡森坚信，在国际最前沿的领域探索，就必须建立一套独有的研究方法，掌握研究过程的所有细节。
为了用好纳米离子探针技术，胡森和团队探索了十余年，检测精度全球最高，检测范围可以精确到3平方微米。这意味着，在一粒直径五六十微米的样本上，胡森团队依然可以密集检测多个不同点位的元素属性，从而绘制氢元素在样品中的空间分布。
凭借指哪儿打哪儿的准确“枪法”，团队拿到嫦娥五号样品55个小时后，第一个氢同位素信号就浮现在了屏幕上。后续，胡森团队描绘出月球正面月幔源区的水含量情况，每克玄武岩岩屑中的水仅有几十微克——而在地球上，即使是最干旱的沙漠，每克砂石中的水含量也有2000微克。
“在月壤中发现氢元素，可以帮助判断月球是怎样诞生、怎样开展的，后续又将走向何方。”胡森说，团队还对样品中的撞击玻璃珠进行了深入分析，结论也很有趣。“太阳风具有独特的氢同位素组成比例，理论上太阳风吹过月表时，它能够注入氢元素的深度只有二三十纳米，但这些玻璃珠样品中，来自太阳风的氢元素竟然深入到四五十微米。”
这是一项全新的发现。
研究成果发表后，引发了学术界的广泛关注。“这些玻璃珠既然能吸收氢元素，是不是也可以顺利获得某种方式释放出氢元素？”面对大家提出的问题，胡森将带领团队持续探索，期待能有更多的发现。
为月背测量“湿度”
2024年，人类首份来自月球背面的“快递”由嫦娥六号带回地球。此前，人类实施的10次月球采样全部是在月球正面召开的，而这份取自月球南极-艾特肯盆地的“土特产”，是现在地球上独一无二的月背样品。
月背样品的水含量是会更高还是更低，更高或者更低两种假设的成因是什么，分别会导致哪些后续效应……团队成员围绕这些问题展开“头脑风暴”，并制定了更为完善的实验计划。
申请过程十分顺利。很快，月壤样品的专属小屋就迎来了新的研究对象。
两份样品“肤色”有别，与嫦娥五号样品相比，嫦娥六号样品颜色稍白，说明两种月壤的组成成分显著不同。“嫦娥六号探测器着陆在月球最大的撞击坑边缘，一些月幔深处的物质可能由于撞击被翻到表面，这意味着，采样区的月壤成分非常复杂。”胡森解释，嫦娥五号带回的样品中，玄武岩岩屑的比例达90%，而嫦娥六号样品的岩屑以白色的斜长岩为主，玄武岩的比例仅占约28%，因此看起来颜色相对较浅。
5克月壤样品摆在面前。马红霞细细分选，从中挑出了570多颗岩屑，其中玄武岩仅160余颗。
“月壤的岩屑太小了，不能采用陨石的通用制靶方法。”在处理嫦娥五号月壤时，胡森团队采用锡铋合金包埋，这种合金熔点仅有100多摄氏度，加热后就能很方便地将岩屑包裹、打磨。但嫦娥六号取回的月背样品相对松散，采用锡铋合金包埋很难保持样品牢固。这次，胡森团队决定为岩屑选择全新的“座椅”——石英。在石英片上开出极细的槽，再将岩屑嵌入后打磨，就能最大限度保护样品。
经过处理的岩屑，内部的复杂结构暴露出来，在高倍显微镜下清晰可见。实验图片上，稍浅的区域是磷灰石，“这是月壤样品中最重要的含水矿物。”胡森说，嫦娥五号样品中，几乎每个玄武岩颗粒都包含磷灰石，含量约为0.4%。而在月背样品中，这一数据下降至0.07%，意味着含水量更低。最终的检测数据也与此相符，团队经过精确测算，每克月背月幔中仅有1至1.5微克的水。
人类第一次成功测得月球背面月幔的水含量。
这项数据，又一次证明了月球正面与背面的二分性。“月球是原始地球遭遇剧烈撞击后，抛射出物质吸积而成的，可以说两个星球的‘基因’相同，但最终的命运走向迥异。”胡森说，直到现在，全世界都无法回答月球为何会具有特殊的二分性。借助两份分别采自月球正面和背面的月壤样品，我国的科研人员距离这道难题的答案更近了一步。
随着我国探月工程的召开，更多月壤背后的故事正在被解读。利用嫦娥五号样品，我国科研团队召开研究，确认它是人类现在拥有的最年轻的月球样品，将月球活动延续的时间增加了约8亿年；这些月壤样品的表层有太阳风中的质子“注入”，在月球的中低纬度月壤中形成羟基和水分子；月球上第六种新矿物——嫦娥石也被发现，让我国成为世界上第三个在月球发现新矿物的国家。
嫦娥六号样品被带回地球还不到1年，就已经有了多项突破性发现：确定月球最古老、最大的撞击遗迹——月球南极-艾特肯盆地形成于42.5亿年前；验证全月尺度月球岩浆洋假说，为探索月球起源和演化给予了关键科学依据；证明月球背面月幔比正面更“干”……
1990年，旅行者一号探测器在飞向太阳系边界的途中，短暂回眸，拍下了一张著名的《暗淡蓝点》照片。照片中，人类赖以生存的地球仅仅是一个像素级的蓝点。
在从事行星科学的研究过程中，胡森常常感慨地球的渺小，又感叹于人类的独特。
“我们在遥望星空的时候，也会回望地球。未来，地球会演化成什么样呢，最终会变成现在火星的样子吗？作为地球的‘亲戚’，月球的演化过程又会给地球带来哪些启示？”胡森期待，他们的“找水”工作，能为解答这些问题给予更多有力的证据。
天外寻“水”，是回望过去，更是探索未来。
