岩屑样品被固定在胶片上，等待后续分析。
玄武岩岩屑样品筛选。
■本报记者 冯丽妃
近日，基于嫦娥六号样品，中国科学家在《自然》在线发表研究，首次发现月球背面的月幔比正面更干，其水含量不足百万分之二（小于2微克/克）。
研究论文由中国科学院地质与地球物理研究所（以下简称地质地球所）研究员胡森、林杨挺和南京大学教授惠鹤九团队合作完成。
“我们参与了国家航天局组织的嫦娥六号月球样品预先研究，去年8月24日拿到样品，9月10日就投稿了。”胡森对《中国科学报》记者介绍说。
从几克月壤样品推断月背水含量，样品筛选、数据分析、逻辑推理都不可少。而完成这一过程，加上论文撰写，他们仅用了18天。
一气呵成
当日下午，在地质地球所领到5克月壤样品后，胡森团队便开始了紧锣密鼓的攻关——“见微知著”地推断月球背面水含量。
在胡森看来，水对于行星就像“维生素”一样关键，是行星演化历史、宜居性，以及是否可能存在生命的重要参考。他表示，行星水研究主要包括两个层面：一是行星表面水状况；二是行星内部水含量及来源。
理论上，科学家预期月球极度贫水。根据月球大碰撞起源假说，约45亿年前，一颗火星大小的天体——忒伊亚撞击了原始地球，抛射出的物质经过重新吸积形成月球。这个极其高温的撞击事件导致月球贫水。
基于阿波罗号到嫦娥五号返回的月壤样品，科学家也证实了这一点。然而，目前所有发表的数据都集中在月球正面。由于月球二分性致使正面和背面存在巨大差异，那么月球背面含水量如何？嫦娥六号采集的首个月背样品为回答这一问题提供了契机。
然而，从少量样品中找到答案并非易事。
样品筛选是研究的第一步，也是关键环节。研究团队在超净实验室中使用极细的筛子精心分离出不同颗粒度的玄武岩样品，期待其中含有磷灰石和熔体包裹体。“寻找这些研究对象很不容易，磷灰石颗粒极其微小，最大直径不足10微米，相当于头发丝直径的1/10；熔体包裹体不仅数量稀少，且分布在橄榄石等矿物中，而嫦娥六号玄武岩中的橄榄石含量极少，寻找它们就像大海捞针。”论文第一作者、胡森团队成员李林曦介绍说。
即便如此，团队成员凭借极大的耐心，在显微镜下仔细甄别，在500多颗岩屑中最终确认了160多颗玄武岩样品。
为加快研究进度，在同位素、岩相、年代等实验分析环节，研究人员“歇人不歇机器”，采取人员两班倒、机器24小时运转的工作模式，一周内便拿到全部数据。
数据获取后，研究团队进入撰写论文的“闭关”模式。他们充分发挥各自专长，有的负责数据分析和结果讨论，有的负责撰写各章节，还有的负责审核和修改，确保论文质量与科学性。“大家从早上8点工作到晚上11点，经过7天的努力便完成了论文，并在9月10日投出稿件。”胡森说。
在这项研究中，胡森与合作者采用多种方法计算月幔水含量，最终确定小于2微克/克，比嫦娥五号样品更干。此前，他们用嫦娥五号玄武岩测量正面月幔水含量为5微克/克，而前人用火山玻璃珠的测量结果为70微克/克。
“这些水主要是以羟基形式赋存的结构水，与老百姓日常认知中的液态水不同。”胡森说。
月幔位于月壳与月核之间，其水含量在揭示月球起源、岩浆活动、资源环境效应等方面具有重要意义。这一发现不仅对学界关于月幔“富水”“贫水”的长期争议作出了答复，更揭示出月球最大撞击盆地——南极·艾特肯盆地（SPA）的形成过程可能进一步改造了月幔水分，为研究月球早期演化历史提供了重要参考。《自然》审稿人评价该研究是“月球背面月幔水研究的里程碑”。
未雨绸缪
凡事预则立，不预则废。胡森表示，研究团队如此快速地取得成果，离不开地质地球所前期的未雨绸缪。
在2023年7月嫦娥六号发射之前，地质地球所就成立了“突击队”，近百名来自多个实验室的研究员、工程师、学生参与其中。“那时我们就开始讨论嫦娥六号样品的主要研究方向、预期要解决哪些重要问题。”胡森说，虽然研究团队有嫦娥五号的实战经验，不像第一次拿到月壤看到一堆“黑乎乎的土状面粉”时那样犯愁，但依然有很多问题需要提前解决。
开展月背月幔水含量研究，要用哪种矿物作为研究载体？研究人员也是摸着石头过河。他们通过查阅大量文献，创新性提出利用月球玄武岩中的磷灰石和熔体包裹体这两个“时间胶囊”反演月幔含水量。“玄武岩来自月球内部，是研究月幔水含量的重要样品。但玄武岩里不是所有的矿物都含水，我们的前期研究表明磷灰石富含水，和早期淬火的母岩浆或熔体包裹体，都可以用作参考标准。”胡森说。
此外，在前期研究中，研究团队还作了一系列假设与猜想，如根据钍（Th）含量与水含量的相关性，推测月壤钍含量低可能意味着水含量也低；SPA撞击事件可能会改造月幔，进而影响水含量。这些思考和分析为后来的研究提供了重要方向和依据。
在胡森看来，实现厚积薄发，个人层面的“绸缪”同样不可少。事实上，从2010年博士后阶段开始，胡森就对行星水研究产生了兴趣。那时我国月壤样品返回任务尚未开展，他就利用火星和月球的陨石打磨这一方面的技术，以期在任务来临时能够最大限度发挥个人和团队的能量。
“现在，我们有先进的设备，又有全世界领先的新样品，肯定能做出世界上最好的成果，这也是中国科学技术发展的必然。”胡森自信地说。
澎湃激情
自2020年承担嫦娥月壤攻关任务以来，加班、熬夜对胡森来说是常事。攻关任务开始后，每次触碰样品，胡森就会进入一种亢奋状态，充满激情与能量。他以“高标准、严要求”带领团队在知识储备调研、技术细节把控、实验流程管理等各个方面进行研究布局。
“嫦娥月壤样品返回工程是国家的重大工程，我们有责任、有义务做好，让国家重大工程的科学产出最大化。这是荣誉，也是使命。”胡森说。
从2020年跟随胡森读博至今，团队成员何会存参加了多次月壤研究攻关任务，每一次攻关都能触动她。“比如这次研究中，我们要把挑选出的500多个颗粒一粒粒放在黄色胶布上逐一拍照，并转移到制靶实验室，再用树脂将其固结，加以磨制，确保没有污染。另外后续分析目标矿物时，因为样品颗粒极小，磷灰石成分检测困难，这些工作十分耗时。”
“这些攻关任务既增强了团队的凝聚力，也锻炼了我们这些年轻人承担责任和压力的能力。”何会存说。
胡森表示，下一步，研究团队将继续围绕嫦娥六号样品深入研究水相关问题，包括对月表玻璃珠进行研究、追溯月表水含量保存情况。同时，团队还计划研究碳、氟、氯、硫等元素，以期更全面了解月球内部物质的特性。
相关论文信息：
10.1038/s41586-025-08870-x
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