古人認為月亮上住著神仙，那里有著取之不盡用之不竭的寶貴資源。嫦娥奔月、玉兔搗藥、吳剛伐桂……這些傳說無不寄托了人們對月亮的美好向往。如今，這些美麗的傳說正逐漸變為現實——嫦娥號探測器已經先后6次飛抵月球。其中，嫦娥五號和六號，共帶回約3.7千克月球“土特產”——月壤。那么，科學家在月壤中發現了哪些珍貴的資源呢？

嫦娥五號帶回的月壤照片，背景為月壤 礦物顆粒的光學顯微鏡照片。

清潔能源 —— 氦-3

科學家在月壤中發現的最重要的資源當屬氦-3。

氦-3是元素周期表中第二個元素氦的一種同位素。它作為一種清潔核聚變能源，在能源、國防安全和科學研究等領域具有重要應用價值。

作為一種可控核聚變燃料，氦-3核聚變產生的能量是開采所需的250倍，是鈾-235裂變反應的12.5倍，是煤炭的上百萬倍。100噸氦-3核聚變產生的能量即可供全球使用1年，且氦-3核聚變過程無中子二次輻射危險，更加清潔和可控。

另外，氦-3是獲得極低溫環境的關鍵制冷劑，是超導、量子計算、拓撲絕緣體等前沿研究領域必需的物質。

然而，地球上氦-3儲量只有0.5噸左右，遠遠無法滿足現有需求。

到月球去找氦-3

研究表明，由于太陽風輻照，月球土壤中儲存了大量的氦。之前有觀點認為，氦原子被保存在晶體缺陷或固溶體（材料科學中的一個基本概念，例如鋼就是一種鐵和碳的固溶體）中，提取需要高溫和長時間擴散，十分困難。

近期，中國科學家在月壤鈦鐵礦表面玻璃層中，發現了一種以氣泡形式儲存的氦-3資源。這一發現為月球氦-3的開采和利用開辟了新的前景。

以氣泡形式儲存的氦-3資源大約占全部氦-3資源的1/10～1/4，總量有10萬～26萬噸，核聚變產生的電能可以供全人類使用上千年。

與傳統提取方法相比，這種氣泡氦-3資源的提取更為直接和高效——可通過機械破碎的方法快速提取，因此具有極大開采價值。

一顆酷似康乃馨的月壤鈦鐵礦顆粒

稀缺的水資源

月球上第二個重要的資源就是水。水是建設月球科研站及未來月球星際旅行、保障人類生存的關鍵資源。然而，美國阿波羅號、蘇聯月球號和中國嫦娥號探月任務前期研究結果都表明，月球由于處在高真空環境，沒有大氣層，表面水分幾乎全部揮發；只在月球南極和北極，以及常年陰影區可能存在自然態的冰。

科研人員對帶回的月壤進行研究，結果表明，月壤玻璃、斜長石、橄欖石和輝石等多種月壤礦物中含有少量水。但這些礦物中的含水量僅在0.0001%～0.02%之間，難以在月球原位（直接在目標天體上，利用其本土資源進行物質和能源的提取、加工和利用的過程，而無需從地球運送大量的補給物資）提取利用。因此，研究探測新的月球水資源及其開采策略，一直是探月工程的首要任務。

用月壤生產水

近日，中國科學家提出了一種基于月壤含鐵礦物與內源氫反應，生產水的新策略，為未來月球科研站及空間站的建設，提供了一種全新的獲取水資源的方法。

由于太陽風上億年的長期輻照，月壤礦物中儲藏了大量氫。科研人員分析了月壤中5種主要礦物（鈦鐵礦、斜長石、輝石、橄欖石、玻璃）的氫含量后發現，鈦鐵礦（FeTiO3）由于具有特殊的亞納米孔道，其含氫量最高，每個礦物分子大約含有4～6個氫原子，其次是斜長石和月壤玻璃，鈦鐵礦的含氫量大約是斜長石的3.5～4倍，是月壤玻璃的10倍。

在加熱至高溫后，月壤鈦鐵礦中的氫與氧化亞鐵發生氧化還原反應，同步生成大量單質鐵和水蒸氣氣泡。而其他礦物要么含氫很少，要么含鐵很少，無法生成鐵單質和氣泡。地球上的鈦鐵礦由于不含氫，加熱后也不會生成單質鐵和氣泡。這證明了月壤礦物中固溶的內源氫以及鐵氧化物是產生水的關鍵。

雖然內源氫與鐵礦石在高溫反應產生了水蒸氣，但由于水蒸氣氣泡被束縛在礦物顆粒中，無法釋放出來。科研團隊將月壤加熱至熔化，發現水蒸氣逸出后，月壤重量減少了6.4%。同時，熔融月壤析出大量單質鐵，磁性測量結果表明，1克月壤大約生成了157毫克的鐵。

根據氫與氧化鐵（或氧化亞鐵）反應方程式估算，157毫克鐵可對應產生51～76毫克水，即產水量占月壤重量的5.1%～7.6%左右，這與重量測量數據一致。據此估算，每噸月壤將可以產生約102～162瓶（每瓶500毫升）水，可以滿足50人一天的飲水需求。

責任編輯｜高琳 岳煥琦

運營編輯｜岳煥琦

質量審核 |業蕾

圖文來源 |《知識就是力量》雜志，原標題《月壤中的奇跡：從塵埃到能源的轉變》，作者王軍強，有刪改，原創作品轉載請注明來源。