水是建造月球基地關鍵資源，因此當前月球探測任務之一就是尋找哪裡可能有水，並想辦法提取。經過 3 年深入研究驗證，中國科學院團隊最近宣布找到基於「高溫氧化還原反應」生產水的全新方法，1 噸月球土壤中就能產出超過 50 公斤水，足以供應 50 人一天飲水量。
研究水在月球上的分布，可以幫助人類探討月球岩漿海洋演化、地函揮發分含量、月球轟擊歷史、太陽風、月球表面相互作用等許多議題，也奠定未來月球基地建立基礎。
過去，天文學家聚焦於月球自然水資源的分布，研究發現表明月球南北極、常年陰影撞擊坑都存在自然水冰；中國嫦娥五號帶回的月壤樣本研究則表明，月壤玻璃、斜長石、橄欖樹、輝石等礦物含有少量水，但含水量僅 0.0001～0.02%，極其稀少，難以在月球原位提取利用。
因此，尋找更多月球水資源、探討開採策略，是未來月球任務重點內容。
經過 3 年研究、反覆驗證，中國科學院寧波材料技術與工程研究所領導的團隊成功發現在月球製備水的新方法。
研究顯示，月壤礦物由於經歷太陽風數億年照射儲存大量氫氣，加熱至高溫後，氫會與礦物中的鐵氧化物發生氧化還原反應，產生單質鐵和大量水：當溫度升高至 1,000℃ 以上，月壤會熔化，反應生成的水便會以水蒸氣形式釋放出來。
這些水能飲用，也能用於灌溉植物，還可以透過電化學方式分解成氫氣和氧氣，前者做為能量，後者為人類呼吸必要元素。
▲ 加熱月壤收集月球水的原位開採策略示意圖。（Source：中國科學院）
透過高解析電子顯微鏡、熱重、磁性、元素成分檢測等各種實驗技術分析，團隊確認每 1 克月壤約可產生 51～76 毫克水，即轉化比例 5.1～7.6 %。以此計算，每 1 噸月壤可產生約 51～76 公斤水，相當於 100 多瓶 500 毫升瓶裝水，基本上能滿足 50 人一天飲水量。
進一步調查不同月球礦物的含氫量差異，團隊在 5 種月壤主要礦物：鈦鐵礦、斜長石、橄欖石、輝石、月壤玻璃中，發現鈦鐵礦（化學式 FeTiO3）含氫量最高，約斜長石 3.5 倍、月壤玻璃 10 倍。
原位加熱實驗也證明，月球鈦鐵礦加熱後將同步生成大量單質鐵和水蒸氣氣泡，其他含鐵月壤礦物加熱後只生成少量鐵單質和氣泡，而地球同種礦物加熱後並不會產生單質鐵和氣泡，代表月壤礦物內固溶的氫是水生成關鍵。
至於為何月壤鈦鐵礦能儲存大量氫？分析原子結構發現月壤鈦鐵礦存在奈米微小孔道，可以吸附並儲存大量來自太陽風的氫原子，每個鈦鐵礦分子可以吸附 4 個氫原子，就像月球的「蓄水池」。
團隊認為，未來實際可嘗試利用凹面鏡聚焦太陽光加熱月壤至 930℃ 使其熔融，以進一步開採月球水資源。
新論文發表在《創新》（The Innovation）期刊。
- Chinese Researchers Devise New Strategy for Producing Water on the Moon
- New lunar tech turns moon dust into drinking water
（首圖來源：AI 生成）
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