第八届青年地学论坛

嫦娥五号成功取样返回标志着我国无人探月工程的“绕”、“落”、“回”三个阶段圆满完成。中国月球探测工程将为第四阶段的载人登月和长久驻月的目标做出准备。因此，月球的原位资源探测和利用成为了研究热点问题。通过理论计算，科学家早期预测月球永久阴影区的超低温超真空环境符合水冰存在的温度与压力条件。近几十年对月遥感观测，如中子谱仪等仪器发现了月球表面存在大量氢和含羟基的“含水矿物”。美国LCROSS撞击实验中扬起的尘埃中，检测到了水等挥发分物质。阿波罗任务的样品中也发现了包裹易挥发成分的玻璃微珠。但目前仍没有月球永久阴影区存在单质水的直接证据。同时，月球上水的来源尚不明确。普遍认可存在三种可能性：一是太阳风的注入，二是彗星撞击带来的水冰，三是月球内部的水。不同来源的水，其H同位素存在差异（K. ALTWEGG等，2014）。
空间激光光谱仪可依据物质的吸收光谱，就地检测月球永久阴影区的水含量和水的来源。根据权威的HITRAN数据库，使用波长2731nm（波数3661cm^-1）附近的激光，可以同时覆盖HDO、H₂¹⁶O、H₂¹⁷O 、 H₂¹⁸O水分子的吸收波长（L.S. Rothman等，2009）。因此能计算得到各类水分子（ HDO、H₂¹⁶O、 H₂¹⁷O 、 H₂¹⁸O）的浓度X，进而计算得到同位素比值R，约束水的来源。其中同位素计算公式为：\(R=D/H=X_HDO/X_(H_2^16 O) \)（1）。
仪器标定是获得精确测量结果的前提，但由于空间环境的限制，标准水样无法携带。因此，本文基于同位素的动力学分馏和化学动力学原理（Tetsuro Suzuoki等，1976）制备了在超真空环境下拥有较高稳定性的固体标准样，并且通过实验验证该标准样与标准水前体的δD值差距在±5‰，满足空间激光光谱仪的标定要求，可用于未来月球资源就地探测任务。
 

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