最新研究表明月球中的水量可能被高估了

该图像是月球岩石的抛光薄片中的钙图。明亮的粉红色和红色表示磷灰石中的钙含量高，而周围的钙含量较低的矿物质则显示为蓝色和黑色。像这样的晶体中水的边缘分区的核心显示了磷灰石分级的存在，这是造成否则干燥的月球上磷灰石水含量高的原因。

新的计算机模拟表明，在富含水的环境中，许多月球岩石样品中观察到的异常富氢的磷灰石晶体可能尚未形成，这表明月球中存在的水量可能被高估了。

加州大学洛杉矶分校地球，行星与空间科学系的杰里米·博伊斯（Jeremy Boyce）领导的一组研究人员说，研究月球磷灰石的科学家可能高估了月球中存在的水量。

博伊斯和他的同事们创建了一个计算机模型，可以准确地预测月球历史早期的磷灰石如何从冷却的月球岩浆体中结晶出来。他们的模拟显示，在许多月球岩石样品中观察到的异常富氢的磷灰石晶体可能并未像最初预期的那样在富水环境中形成。

这一发现推翻了人们长期以来一直认为磷灰石中的氢是月球总水含量的良好指标的假设。

加州大学洛杉矶分校文理学院的助理教授博伊斯说：“磷灰石矿物是估算月球岩石中水含量的最广泛使用的方法，但它是不可信的。”“我们的新结果表明，月岩浆中的水没有磷灰石让我们相信的那么多。”

这项研究于3月20日在线发表在《科学》杂志上，并将在以后的印刷版中发表。

几十年来，科学家一直认为月球几乎完全没有水。然而，2010年在月球岩石中发现富含氢的磷灰石似乎暗示了更富水的过去。科学家最初认为，从少量磷灰石样品中获得的信息可以预测大量岩浆甚至整个月球的原始水分含量，但博伊斯的研究表明，磷灰石实际上可能具有欺骗性。

博伊斯认为，登月磷灰石中的高水含量是由于结晶过程中的怪癖而不是富含水的月球环境造成的。当水随着熔融岩石冷却而存在时，磷灰石可以通过将氢原子结合到其晶体结构中而形成。但是，只有在磷灰石的首选结构单元（氟和氯）已基本耗尽的情况下，氢才会被包括在新结晶的矿物中。

博伊斯说：“早期形成的磷灰石是如此富氟，以至于它把岩浆中的所有氟都抽走了，然后是氯。”“后来形成的磷灰石看不到任何氟或氯，而是富含氢，因为它别无选择。”

因此，当氟和氯耗尽时，岩浆的冷却体将从形成贫氢的磷灰石转变为形成富氢的磷灰石，后者不能准确地反映出岩浆中的原始水含量。

了解月球磷灰石的故事的意义远不止于确定月球岩石和土壤内部有多少水被锁定。根据有关月球最初形成方式的主要理论，月球岩石中根本不应存在氢和其他挥发性元素。

许多科学家认为，月球是在40亿年前的巨大撞击力将大片地球解体时形成的。如果这种“巨大冲击”模型是正确的，那么月球将被完全融化，更轻的元素（例如氢）应该冒泡到地表并逃逸到太空中。由于氢是水的关键成分，因此巨大撞击形成的月球应该是干燥的。

实际上，大多数月球样品都非常干燥，缺少较轻的元素。然而，在整个月球样品中都发现了富含氢的磷灰石晶体，这为科学家带来了悖论。不知何故，尽管月球开始火热，但仍有水和其他挥发物残留，尽管可能不如最初暗示的磷灰石那么多。

博伊斯说：“我们有40年的历史相信干燥的月亮，现在我们有一些证据表明，旧的干燥月亮模型并不完美。”“但是，在确定月球上的岩石与地球上的岩石一样潮湿之前，我们需要保持谨慎并仔细查看每一个证据。”

这项研究表明，科学家们仍需了解许多有关月球的组成和环境的知识。

博伊斯说：“我们正在剔除有关月球形成和演化条件的最重要证据之一。”“接下来，我们计划确定磷灰石严重扭曲了我们对月球的看法，以及我们如何才能最好地看到过去，从而到达月球的起源。”

这项研究得到了NASA宇宙化学拨款和NASA月球先进科学探索研究拨款的支持。

该研究的共同作者包括加州大学洛杉矶分校的本科生史蒂芬·汤姆林森，新墨西哥大学的助理研究教授弗朗西斯·麦库宾，卫斯理大学的詹姆斯·格林伍德教授和美国宇航局资助的月球与行星研究所的科学家艾伦·特里曼。

出版物：J. W. Boyce等人，“月球磷灰石悖论”，《科学》，2014年； DOI：10.1126 / science.1250398

图像：加州大学洛杉矶分校新闻室