水在月球上是未來(lái)的重要戰(zhàn)略性資源,人類要在月球上居住,甚至改變成燃料等等,都需要它。
這不,為了率先獲得水源,美國(guó)在2025年開(kāi)啟了雅典娜月球著陸器去找水,只不過(guò)失敗了,同時(shí),我國(guó)也安排了嫦娥七號(hào)任務(wù),預(yù)計(jì)在2026年前往月球南極找水,這都說(shuō)明了其重要性。
然而,除了直接獲得月球水源之外,進(jìn)行“月球造水”也是非常關(guān)鍵的,來(lái)自美媒4月中旬公布了關(guān)于美國(guó)宇航局(NASA)驗(yàn)證的“月球造水”方法,引發(fā)了大家的熱議,不少人看到之后,可能看到與中國(guó)此前公布的方案有點(diǎn)類似,但又更復(fù)雜一些,這是咋回事?
的確,這兩種“月球造水”方法可以說(shuō)相似,但完全不一樣,而且美國(guó)更像是在中國(guó)方法上的一種擴(kuò)展,我們下面就來(lái)看看,到底如何月球造水!
NASA證實(shí)太陽(yáng)風(fēng)月球造水
其實(shí),關(guān)于“太陽(yáng)風(fēng)月球造水”的消息,也不是美國(guó)宇航局(NASA)首次提出了,早在2019年的時(shí)候,就已經(jīng)有說(shuō)明了,那就是——美國(guó)研究人員通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬發(fā)現(xiàn),借助太陽(yáng)風(fēng)有望在月球表面制造水,這將為人類在月球表面建造基地提供有利條件。
但當(dāng)時(shí)沒(méi)有給出一個(gè)肯定性的說(shuō)法,而在幾年的努力之下,將此前說(shuō)得“可能問(wèn)題變成了證實(shí)”,只不過(guò)大家看了這一份的研究說(shuō)明,你會(huì)發(fā)現(xiàn),這相對(duì)來(lái)說(shuō),并不那么簡(jiǎn)單。
按照說(shuō)明的情況來(lái)看,當(dāng)一種被稱為太陽(yáng)風(fēng)的帶電粒子流撞擊月球表面時(shí),它會(huì)引發(fā)化學(xué)反應(yīng),從而形成水分子,此前都是以假設(shè)性來(lái)說(shuō)明,但這一次NASA在迄今為止最真實(shí)的實(shí)驗(yàn)室模擬中,證實(shí)了這一預(yù)測(cè),那就是的確可以產(chǎn)生水,但是這并不是太陽(yáng)風(fēng)單獨(dú)可以產(chǎn)出的,是需要月壤的配合,這跟此前的預(yù)估情況基本一致。
那就是——只需月球土壤和太陽(yáng)這個(gè)不斷釋放氫氣的基本成分,就有創(chuàng)造水的可能。
而在模擬實(shí)驗(yàn)之中,當(dāng)帶電粒子以每秒450千米的速度沖擊表面時(shí),其中的質(zhì)子會(huì)與月表的電子相互作用,形成氫原子,這些氫原子能與月壤中二氧化硅等化合物中的氧原子結(jié)合形成氫氧根,成為制造水的原料。
而且這一次確定,是通過(guò)美國(guó)阿波羅月壤來(lái)進(jìn)行研究的,其中給出了一個(gè)裝置,其裝置內(nèi)包含了所有實(shí)驗(yàn)組件:
- 一個(gè)太陽(yáng)粒子束裝置
- 一個(gè)模擬月球環(huán)境的無(wú)空氣腔室
- 一個(gè)分子探測(cè)器
結(jié)果在進(jìn)行研究之后,發(fā)現(xiàn)了水分子的跡象,只不過(guò)這一項(xiàng)研究的結(jié)果還是比較保守,那就是說(shuō)——雖然他們不能確切地說(shuō),他們的實(shí)驗(yàn)是否產(chǎn)生了水分子,這可能是建立在環(huán)境的問(wèn)題上,畢竟是地球區(qū)域。
但研究人員在他們的研究中報(bào)告最終也給出了肯定性的說(shuō)明,他們圖表中波形線的凹陷的形狀和寬度表明,在月球樣本中生成了羥基和水,也就幾在太陽(yáng)風(fēng)的模擬作用之下,產(chǎn)生了水的效應(yīng),那進(jìn)一步說(shuō)明了,太陽(yáng)風(fēng)月球造水的可行性,沒(méi)有什么問(wèn)題。
所以,這一項(xiàng)結(jié)果也在地球物理研究雜志:行星 (2025)上進(jìn)行了發(fā)表說(shuō)明,而在論文之中,也給出了三個(gè)重點(diǎn)說(shuō)明:
- 首次在月球塵埃樣本上進(jìn)行羥基化原位實(shí)驗(yàn)室測(cè)量
- 在氫等離子體照射過(guò)程中觀察到3微米處的廣泛吸收特征,沒(méi)有來(lái)自地球水的貢獻(xiàn)
- 溫度依賴性氫擴(kuò)散的證據(jù)
所以,其實(shí)就是證實(shí)了太陽(yáng)風(fēng)月球造水的結(jié)果。
然而,這還是要強(qiáng)調(diào)一下,那就是這種方法其實(shí)也包含了月壤的反應(yīng)模式,其實(shí)與中國(guó)此前公布的方案相似,但中國(guó)更簡(jiǎn)單。
中國(guó)月球造水更簡(jiǎn)單——只用月壤
的確,我國(guó)除了直接在月球南極去尋找,探索最為直接性的水源之外,也找到了關(guān)于月壤制造水的方式。
而且比美國(guó)這個(gè)太陽(yáng)風(fēng),月壤一起制造水的方案更加簡(jiǎn)單,那就是通過(guò)加熱法來(lái)實(shí)現(xiàn)造水,這種利用月壤原位制備水的方法所用的能源并不需要從地球上專門(mén)運(yùn)過(guò)去,靠太陽(yáng)能即可滿足要求,整個(gè)過(guò)程的產(chǎn)物也只有鐵、水以及一些氧化物,所以,既簡(jiǎn)便可行,又清潔環(huán)保。當(dāng)然,很多人可能會(huì)說(shuō),這個(gè)加熱又如何來(lái)實(shí)現(xiàn)?
其實(shí)也非常簡(jiǎn)單,我國(guó)提出一面鏡子就可以解決了,那就是用有一個(gè)凹面鏡或者是一個(gè)菲涅爾透鏡的方法,將太陽(yáng)光聚焦,就可以加熱月壤到1500度以上,把它融化掉,這樣就會(huì)產(chǎn)生大量的水蒸氣,我們把水蒸氣收集起來(lái)之后,就可以做飲用水。所以,簡(jiǎn)單地把月壤加熱就可以轉(zhuǎn)化了,而且這個(gè)裝置也非常簡(jiǎn)單。
所以,大家對(duì)比一下美國(guó)的方案,是不是與中國(guó)的有點(diǎn)類似,只不過(guò)他們建立在太陽(yáng)風(fēng)的作用上,而中國(guó)直接加入月壤就行。當(dāng)然,我國(guó)多久進(jìn)行月球上測(cè)試,預(yù)計(jì)是在嫦娥八號(hào)任務(wù)上,將裝置送上月球進(jìn)行驗(yàn)證。
而現(xiàn)階段建立在我國(guó)的月壤研究上,經(jīng)過(guò)多種實(shí)驗(yàn)技術(shù)分析之后確認(rèn),利用這種全新制備水的方法,一克月壤中大約可以產(chǎn)生51-76毫克水。以此來(lái)計(jì)算,一噸月壤將可以產(chǎn)生約51-76千克水。那就相當(dāng)于100多瓶500毫升的瓶裝水,基本上是可以滿足50人1天的飲水量。
所以,這個(gè)加熱月壤產(chǎn)生的水量還是不少,中國(guó)的月壤取水更加簡(jiǎn)單,明了,這沒(méi)有什么問(wèn)題。
也期待早點(diǎn)測(cè)試
的確,無(wú)論是美國(guó)現(xiàn)階段給出的方案,還是我國(guó)實(shí)施的造水方案,都說(shuō)明了月球水的重要性,這對(duì)未來(lái)的月球計(jì)劃來(lái)說(shuō),是具有推進(jìn)作用的,就算是未來(lái)可以大規(guī)模造水,用不完的話,我國(guó)還可以將其轉(zhuǎn)化為月球上的燃料,這都是好事情。
只不過(guò),誰(shuí)可以率先走到這一步,這個(gè)不好說(shuō),但縱觀全球,也只有中美兩國(guó)現(xiàn)階段在月球上的任務(wù)更加明了,所以,誰(shuí)率先完成,也將是月球上極限推動(dòng)關(guān)鍵性的點(diǎn),大家拭目以待吧。
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