这项重磅研究，他们仅用18天完成

文 | 《中国科学报》记者 冯丽妃

从开展研究到投出论文，你的极限速度是多久？有一个团队只用了18天。

“我们参与了国家航天局组织的嫦娥六号月球样品预先研究，去年8月24日拿到嫦娥六号样品，9月10日就投稿了，相当于用了两周多一点。”位于北京市北三环健德门的一间办公室里，中国科学院地质与地球物理研究所（以下简称地质地球所）研究员胡森与团队成员李林曦、何会存围坐在茶几旁，向记者回忆起最新成果的研究过程时，言语中仍带着一丝紧张与兴奋。

胡森（中）与何会存（左）、李林曦接受采访。冯丽妃/摄

北京时间4月9日23时，胡森与 地质地球所 研究员林杨挺、南京大学教授惠鹤九团队合作基于嫦娥六号样品的一项研究，在国际顶尖学术期刊《自然》在线发表。研究首次发现，月球背面的月幔比正面更干，其水含量不足百万分之二（小于2微克/克）。 这一推断源自 他们从5克月壤样品中挑选了500多颗头发丝大小的岩屑。

这项研究背后，合适的样品、完善的数据分析、严谨的逻辑推断都不可或缺。他们不仅在极短的时间内完成这一过程，还完成了论文撰写，再次让人们感受到月壤研究的“中国速度”。

“为什么能够这么快？”面对记者的追问，胡森他们默契地相视而笑，打开了话匣子。

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一气呵成

2024年8月24日下午，地质地球所领到月壤样品后，便开始了紧锣密鼓的攻关——“见微知著”地推断月球背面的水含量。

在胡森看来，水对于行星而言，就像维生素对人一样关键。它是行星演化历史、宜居性，以及是否可能存在生命的重要参考。他表示，行星水研究主要包括两个层面：其一是行星表面水的状况；其二则是行星内部水的含量及其来源。

理论上，科学家认为月球极度贫水。根据月球大碰撞起源假说：约45亿年前，一颗火星大小的天体——忒伊亚撞击了原始地球，抛射出的物质经过重新吸积形成了月球。这个极高温的撞击事件导致月球贫水。

而事实上，基于从阿波罗号到嫦娥五号返回的月壤样品，科学家也证实了这一点。然而，目前所有发表的数据都集中在月球正面。由于月球二分性导致正面和背面存在巨大差异，其背面含水量如何？嫦娥六号采集的首个月背样品为回答这一问题提供了契机。

然而，如何从少量样品中给出这道推理题的答案？这并非易事。

尽管攻关任务开始前，胡森和团队已经做过一次次假设与猜想，但到了这一刻，他们依然十分亢奋。如同备战多年的考生终于走进考场，或是站在起点的运动员听到发令枪响瞬间开跑……所有人都全身心投入其中。

样品筛选是研究的第一步，也是关键环节。研究团队在超净实验室中，使用极细的筛子精心分离出不同颗粒度的玄武岩样品，期待这些玄武岩颗粒中含有磷灰石和熔体包裹体 。“寻找这些研究对象很不容易。磷灰石颗粒极其微小，最大的不到10微米，相当于一根头发丝直径的十分之一；熔体包裹体不仅数量稀少，还分布在橄榄石等矿物中，而嫦娥六号带回的玄武岩样本中的橄榄石含量极少，寻找它们就像大海捞针。”论文一作、博士生三年级的李林曦介绍道。

即便如此，团队成员凭借着极大的耐心，在显微镜下仔细甄别，最终确认500多颗岩屑中有160多颗玄武岩样品。

研究团队正在筛选玄武岩岩屑样品。

研究团队把岩屑样品固定在胶片上，准备进行后续分析。

岩屑样品分析。

为了加快研究进度，在同位素、岩相、年代等实验分析环节，他们“歇人不歇机器”，采取人员两班倒、机器24小时运转的工作模式。如此高效地运作让他们一周内便拿到全部数据。

数据获取后，研究团队进入“闭关”模式撰写论文。团队成员充分发挥各自专长：有的负责数据分析和结果讨论，有的负责撰写论文各章节，还有的进行论文审核和修改，确保质量与科学性。“就在研究所楼下的会议室里，所里贴心地提供盒饭，大家从早上8点工作到晚上11点，第二天接着奋战，经过7天的努力完成论文，并在9月10日投出稿件。”胡森回忆说。

在这项研究中，胡森与合作者采用多种方法计算月幔水含量，最终确定其小于2微克/克（地球化学指标算法为1~1.5微克/克），比嫦娥五号样品更干。此前，他们用嫦娥五号玄武岩测量正面月幔水含量为5微克/克，而前人用火山玻璃珠的测量结果为70微克/克。

“不过，这些水与老百姓日常认知中的液态水不同，主要是以羟基的形式赋存的结构水。”胡森说。

月幔，位于月壳与月核之间，其水含量在揭示月球起源、岩浆活动、资源环境效应等方面具有重要意义。这一发现不仅对学界关于月幔“富水”“贫水”的长期争议作出了答复，更揭示月球最大撞击盆地——南极•艾特肯盆地（SPA）的形成可能进一步改造了月幔水分，为月球早期的演化历史提供了重要参考。《自然》审稿人评价该研究是“月球背面月幔水研究的里程碑”。

2

未雨绸缪

凡事预则立，不预则废。胡森表示，研究团队如此快速地取得成果，离不开地质地球所前期的“未雨绸缪”。

早在2023年7月，嫦娥六号发射之前，该所就成立了专门的“突击队”——近100名来自多个实验室的研究员、工程师、学生参与其中。“从那时起，我们就在讨论嫦娥六号样品的主要研究方向、预期要解决哪些重要问题。”胡森说，2023年底开始，他们更是每周开一次讨论会，直到样品到来。

胡森表示，虽然研究团队有了嫦娥五号样品的实战经验，不像第一次拿到月壤时，看到一堆“黑乎乎的土状面粉”那样愁坏了，但依然有很多问题需要提前解决。“否则，等到样品来了火烧眉毛的时候，卡点还没解决，就来不及了。”他说。

事实上，开展月背月幔水含量研究，他们也是大姑娘上轿——头一回。要用哪种矿物作为研究载体，他们也是摸着石头过河。他们通过查阅大量文献，才创新性地提出利用月球玄武岩中的磷灰石和熔体包裹体这两个“时间胶囊”反演月幔含水量。“玄武岩来自月球内部，是研究月幔水含量的重要样品。但玄武岩里不是所有的矿物都含水。我们的前期研究表明磷灰石富含水，和早期淬火的母岩浆或熔体包裹体，都可以用作参考标准。”胡森说。

此外，在前期研究中，研究团队还作了系列假设与猜想。如根据钍（Th）含量与水含量的相关性，推测月壤钍含量低可能意味着水含量也低；SPA盆地撞击事件可能会改造月幔，进而影响水含量。这些思考和分析也为后来研究提供了重要的方向和依据。

研究团队在分析岩石样品。

在胡森看来，实现厚积薄发，个人层面的“绸缪”也同样不可少。事实上，从2010年博士后阶段开始，胡森就对行星水研究产生了兴趣。那时我国月壤样品返回任务尚未开展，他就利用地球上的“天外来客”——火星和月球的陨石打磨自己在这一方面的技术，以期在任务来临时能够最大限度地发挥个人和团队的能量。

“现在，我们有先进的设备，不比别人脑子笨，又有全世界珍贵的样品，肯定能做出世界上最好的成果，这也是中国科学技术发展的一个必然。”他自信地说。

3

澎湃激情

胡森祖籍江西，是1983年生人，刚刚四十出头。然而，自2020年承担嫦娥月壤攻关任务以来，加班、熬夜对他来说都是常事。学生眼见着 他的一头黑发 发白了。

每次攻关任务开始后，一触碰到样品，他就会进入一种亢奋状态，浑身充满激情与能量，以“高标准、严要求”，带领研究团队在知识储备调研、技术细节把控、实验流程管理等各个方面进行研究布局。

“嫦娥月壤样品返回工程是国家的重大工程，我们有责任、有义务把它们做好，让国家重大工程的科学产出最大化。这是荣誉，也是使命。”胡森说。

“参与这些攻关任务，让我的科研能力得到了很大提升，从实验操作到论文写作，每一个环节都积累了宝贵经验。而且，我对月球水的分布体系有了更深入地认识。”李林曦说。

从2020年跟随胡森读博至今，地质地球所博士后何会存已经多次参加月壤研究攻关任务，每一次攻关都能触动她内心最柔软的地方。“比如这次研究中，我们要把挑选出的500多个颗粒一粒粒放在黄色胶布上，逐一拍照，并转移到制靶实验室，再用树脂将其固结，加以磨制，确保没有污染。后续分析目标矿物时，因为样品颗粒极小，磷灰石成分检测困难，十分耗时。但我们大家都全力以赴，轮到自己就上，从不会借故 推辞，协作非常流畅，一些师兄弟甚至还会主动揽下熬夜任务。”她说。

拿到月壤样品后，团队成员进入紧锣密鼓攻关模式。

“所以，这些攻关任务也锻炼了我们团队的合作精神和凝聚力，锻炼了我们这些年轻人承担责任和压力的能力。”何会存说。

下一步，胡森表示，研究团队将继续围绕嫦娥六号样品深入研究水相关问题，包括对月表玻璃珠进行研究、追溯月表水含量保存情况。同时，团队还计划研究碳、氟、氯、硫等元素，更全面地了解月球内部物质的特性 。

编辑 | 方圆

排版 | 郭刚

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