图1 嫦娥五号月壤颗粒的氢含量深度剖面及其太空风化层厚度

图2 硅酸盐玻璃和矿物中的氢含量深度剖面数值模拟。（A、B）埋藏后，氢的扩散丢失过程；（C、D）太阳风氢注入和加热扩散丢失的动态过程

　　在国家自然科学基金项目（批准号：41973064、42103035、42230206）等资助下，中国科学院国家空间科学中心徐于晨副研究员与中国科学院地质与地球物理研究所田恒次副研究员、林杨挺研究员等合作，在月表中纬度太阳风成因水方面取得进展。研究成果以“嫦娥五号月壤揭示月表中纬度高含量太阳风成因水（High abundance of solar wind-derived water in lunar soils from the middle latitude）”为题，于2022年12月13日发表在《美国国家科学院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences）上。论文链接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2214395119。

　　前人通过对遥感光谱探测的研究，发现月表OH/H₂O的含量与纬度可能存在正相关性，即从赤道向两极，随着纬度增加水含量逐渐增加，在极区达到最高。另外，研究还发现月表同一个地区早中晚水含量也有明显的变化，日变化可高达200 ppm，推测是太阳风成因水在月球表面较高的丢失速率所致。美国阿波罗和苏联月球号采集的月球样品均位于低纬区域（8.9°S-26.1°N），难以研究纬度（以及相关的月表温度）对月表水含量可能产生的影响。我国嫦娥五号于2020年底成功着陆在月球，并采集返回了1.731 kg月壤样品。嫦娥五号的着陆点位于北纬43.06°，高于阿波罗和月球号的9个着陆区。此外，嫦娥五号着陆区玄武岩的年龄最年轻，约为20亿年。如此年轻、中纬度区域的月壤样品，使我们有机会能对太阳风的演化、月表水循环和迁移等方面开展研究。

　　研究团队利用纳米离子探针-透射电镜分析技术对从两份月壤中挑选的17个颗粒进行了氢含量和同位素分析以及微观结构研究。结果表明嫦娥五号月壤颗粒的最表层（～100 nm）具有很高的氢含量（意味着具有很高的水含量）（图1），比以往认为的要高。结合其极低的D/H同位素比值，证明这些氢是来自太阳风注入。根据测定的氢含量以及月壤样品的粒径分布，估算嫦娥五号着陆区太阳风来源水含量为46 ppm，这与遥感数据结果一致。另外，研究人员对部分颗粒进行了加热实验，再进行纳米离子探针分析。结果显示，太阳风注入的氢在颗粒表层可以很好地保存下来。基于嫦娥五号数据和阿波罗已有的实验数据，联合团队构建了太阳风注入和扩散丢失的动态平衡模型（图2）。该模型预测高纬度区域月壤颗粒可能含有更高的太阳风成因水，这种类型的水可通过粒度分选和加热方式，比较容易开采利用。