水在月球的形成和演化过程中起着至关重要的作用，也是人类在月面活动的潜在可利用资源。如今，月球上的水受到人们越来越多的关注。在未来的五年里，许多任务将集中在月球水的探测上，比如美国航空航天局的“月球开拓者”号轨道器和VIPER月球车、中国的 “嫦娥七号”和“嫦娥八号”等，甚至一些商业公司也已经加入其中。魏勇等（2024）在《中国科学院院刊》发表了题为“深空探测科技制高点上的新焦点：月球水资源”的科学观察文章，指出月球水不仅能够帮助揭示地月系统乃至太阳系形成演化的关键过程，也是行星科学研究的前沿和学科建设的重要着力点；月球水资源的开发能够为未来的深空探测任务提供燃料和保障人类在月球上长期生存，是各国各机构扩展深化国际合作、共同利用地外资源造福人类的必然选择。
过去几十年的探测，从实验室的月壤样品分析到卫星遥感观测再到月面就位测量，多种证据已经确认月球上存在水。通过对有限数量的月壤颗粒的氢同位素测量，已经找到了水来自月球内部、太阳风注入和小行星/彗星撞击等多来源的证据，从而增加了月球水源问题的复杂性。如何更具统计意义地表征月壤水的主要来源，并能更好的代表月面的真实情况，仍是一个待解决的问题。
嫦娥五号样品最适合做这个研究。一方面，嫦娥五号月壤相比于阿波罗月壤更“新鲜”，在返回地球后受到大气水可能的污染更小；另一方面，同步获取了采样区域的原位光谱，可与样品的实验室测量和卫星遥感观测建立关联，评估不同方法的有效性和代表性。科学家对有限的月壤颗粒进行了分析，但是否能够准确代表着陆点的区域情况并与遥感观测进行比较仍未可知。因此，分析大量样品对于获得更具代表性的理解至关重要。与之前的任务（即Apollo和Luna）相比，嫦娥五号月壤来自更高的纬度，水含量更具有光谱可测量性。基于以上原因，中国科学院地质与地球物理研究所林红磊副研究员等组成的科研团队，在隔绝大气环境的手套箱里对大量的嫦娥五号月壤进行了光谱测量，从而来确定月壤水的含量（图1）。
图1 嫦娥五号采样区和返回样品在实验室的光谱测量
月壤颗粒大小和含水量之间的相关性有助于区分不同的水源。太阳风注入到月壤中的水显示出与比表面积的相关性，而来自月球本身或彗星的水却没有。因此，通过比较嫦娥五号月壤细粒和粗粒部分的含水量，可以表征月球风化层中水的主要来源。结果表明，月壤的细粒部分的水含量更高，指示太阳风注入是月表水的主要来源，这一发现为月壤中水的主要来源提供了统计证据（图2）。实验室、月表原位和卫星遥感光谱的月壤水测量结果非常一致，说明该项研究的结论能够很好的代表月面的真实情况。
图2 嫦娥五号月壤样品光谱及不同粒径的水含量
在月球中低纬度建站时，筛选月壤最细的部分进行水的提取可能是效率更高的一种方式。水是目前月球上最有可能先利用起来的资源，其原位利用可以为人类月面活动和支撑人类走向更远的深空提供支持。在月球极区，永久阴影区的水冰目前是人们关注的焦点，但在中低纬地区不存在水冰，而人类又面临着在中低纬建站的需求，因此怎么利用月壤中的水是一个重要课题，该项研究成果表明筛选月壤最细的部分进行水的提取会更有效率。
研究成果发表于SciB（林红磊, 徐睿, 李帅, 常睿, 惠鹤九, 刘洋, 田恒次, 范开, 何志平, 贺怀宇, 杨蔚, 林杨挺, 魏勇. Higher water content observed in smaller size fraction of Chang’e-5 lunar regolith samples[J]. Science Bulletin, 2024. DOI: 10.1016/j.scib.2024.05.031.）