在月球上“采水”，為何猶如“捕風捉影”？

今年，中國的嫦娥七號探測器將成為世界上首次嘗試在月球上采集并直接測量水資源的探測器。然而，科學家們最近發出警示：在月球上找水，可能比我們想象中更“脆弱”，一次不經意的觸碰，就可能導致寶貴的水資源瞬間消失。

首先，為何要登上月球找水？

水可以支持人類在月球上的長期活動，例如提供飲用水、氧氣以及生產火箭燃料，對于未來人類建立月球基地、實現長期駐留至關重要。而且它們更可能被轉化為火箭燃料，讓月球成為通往更深遠宇宙的“加油站”。

不過，月球上的水與地球上的水截然不同，它被鎖在凍土層中，不與空氣接觸，僅靠低溫和真空維持。近幾十年來，繞月衛星的遙感測繪反復提示——在月球兩極，特別是那些永遠照不到陽光的“永久陰影區”里，極有可能封存著大量的水冰。

但遙感只能“猜測”，無法“確認”。冰到底以何種形態存在、含量多少、是否易于開采，所有這些問題的答案，都只能通過“親手”觸摸和分析月壤來獲得。這正是嫦娥七號使命的核心。

為此，嫦娥七號的月球車將攜帶一套采樣系統，用于從不同位置和深度采集少量月壤樣本。

然而，新的問題又來了，由于月球上的水以“凍土”的形式存在，且被鎖在嚴寒和近乎真空的環境中，當探測器的機械臂采樣器刮過含冰月壤時，哪怕只是摩擦產生的輕微熱量，都可能打破平衡，讓水分子從固態冰直接升華成水蒸氣。

在真空環境下，這些水汽會瞬間逃逸到太空中，消失得無影無蹤。哈爾濱工業大學和中國科學院的研究團隊警告，如果不對這種“接觸性流失”進行精確校準，最終的測量結果可能會出現“一個數量級”的偏差，嚴重影響科學結論的可靠性。

面對這一挑戰，嫦娥七號的探測車攜帶了一套極其精巧且謹慎的采樣系統。它不像傳統的鏟子或鉆頭，而是通過一個可以旋轉并輕輕壓入土壤的薄板來采集樣本，以最大程度減少對月壤的擾動。

每次采集的樣本量僅相當于一小撮鹽。采樣后，整個薄板會被迅速密封，轉移至探測車內部的一個艙室中。在那里，樣本將被緩慢加熱，以便科學家測量釋放的水蒸氣量并估算土壤的含水量。研究團隊表示，在這個階段，水分損失更容易控制。但真正的挑戰在于從觸碰到密封前的那個瞬間。

為了攻克這一難關，科學家們在地球上盡可能地復現了月球環境。他們以阿波羅16號任務采集的樣本為基礎，制備了人造月壤，并通過在真空環境下將水蒸氣沉積到低溫土壤上來添加冰。實驗在接近真空和低溫的條件下進行，以盡可能地模擬月球南極的環境，同時考慮了月球較弱的重力和凍土的硬度。

測試表明，采樣器能夠可靠且重復地采集精確量的土壤樣本。但測試也凸顯了一個持續存在的挑戰：水分會在多個階段流失，從最初與土壤接觸到轉移和加熱。

為了解決這個問題，研究團隊開發了一種校準方法，它能根據采樣過程中傳感器記錄的壓力、溫度等數據，動態重建并補償在每個階段損失的水量。

研究人員表明：“一方面，我們驗證了月球揮發物測量儀所使用的微型采樣裝置在技術上是可行的。另一方面，這項工作為未來在月球上進行數據處理和解讀奠定了基礎。”

嫦娥七號計劃于今年晚些時候從中國南方的文昌航天發射場發射升空。該任務將攜帶來自中國和國際合作伙伴的15余臺科學儀器，設計運行時間為八年，使其能夠從月球南極和軌道傳回大量科學數據。