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어제 기자들은 중국 과학원 물리학 연구소에서 중국 과학 연구팀이 창어 5호가 가져온 달 샘플에서 물 분자와 암모늄이 풍부한 달의 광물 결정을 발견했다는 사실을 알게 되었습니다. 이번 발견은 반환된 달 토양에서 물 분자가 발견된 최초의 사례이며, 달에 있는 물 분자와 암모늄의 실제 형태를 밝혀줍니다.

달 표면에서 수화 광물의 발견은 달의 물과 암모늄 연구에 있어 획기적인 발전을 의미하며, 미래에 달 자원의 개발과 활용을 위한 새로운 가능성을 제시합니다. 관련 결과는 Nature Astronomy 온라인판에 게재되었습니다.

달에 물이 있는지 여부는 수십 년 동안 달 과학 연구와 자원 활용의 핵심 문제였습니다. 역사적으로, 아폴로 임무로 수집된 달 토양에서는 수화된 광물이 발견되지 않았으며, 이로 인해 한때 과학계에서는 달이 건조한 사막이라고 믿게 되었습니다. 최근 몇 년 동안 일련의 원격 탐사 임무를 통해 달 극의 영구적인 그림자 영역과 달 조명 영역의 일부에서 달 물이 존재한다는 증거를 발견했습니다. 사람들은 매우 민감한 특성화 기술을 사용하여 일부 Apollo 샘플에서 PPM(백만분의 일) 수준의 "물"(수산기 OH-)을 연속적으로 발견했습니다. 지금까지 반환된 달 토양에서 물 분자의 존재에 대한 결정적인 증거는 발견되지 않았습니다. 달 표면에 존재하는 분자수의 존재 형태도 밝혀지지 않았다.

이번 연구는 중국과학원 물리학연구소 Chen Xiaolong 연구원, Jin Shifeng 부연구원, Hao Munan 박사과정 학생, 베이징 과학기술대학교 Guo Zhongnan 부교수, Tianjin University 엔지니어 Yin Bohao가 완료했습니다. 중국과학원 칭하이 솔트레이크 연구소(Qinghai Salt Lake Institute)의 연구원 마윈치(Ma Yunqi).

연구진은 고정밀 단결정 회절과 화학적 분석을 통해 광물의 분자식이 수화된 광물인 (NH4, K, Cs, Rb) MgCl3·6H2O임을 확인했다.

ULM-1의 사진 및 구성. a. CE5 토양 시료 사진, b. ULM-1 단결정 사진, c. EDS 스펙트럼, d. 라만 스펙트럼, f.

그 구조에는 최대 6개의 크리스탈 워터가 포함되어 있으며 샘플 내 물 분자의 질량 비율은 41%에 달합니다.

ULM-1의 결정 구조와 전하 밀도.

적외선 및 라만 스펙트럼은 물 분자와 암모늄의 진동 피크를 명확하게 관찰할 수 있으며, 전하 밀도 분석은 물 분자 내 수소를 구별할 수 있습니다.

Chen Xiaolong은 이 광물의 결정 구조가 최근 몇 년 동안 지구에서 발견된 희귀한 화산 분화구 광물의 결정 구조와 동일하다고 말했습니다. 지구상에서 이 광물은 뜨거운 현무암과 물 및 암모니아가 풍부한 화산 가스의 상호 작용에 의해 형성되는데, 이는 달의 물과 화산 활동 사이의 밀접한 관계를 암시합니다.

이번 발견의 정확성을 보장하기 위해 연구진은 엄격한 화학 및 염소 동위원소(37Cl/35Cl) 분석을 수행했습니다. 실험 데이터에 따르면 이 광물의 Cl 동위원소 구성은 지구 광물의 δ37Cl 값이 24‰만큼 높으며 이는 달의 광물과 일치합니다.

다양한 지구 및 외계 물질의 염소 동위원소 분포.

광물의 화학적 조성과 형성 조건을 분석한 결과, 수화물의 원인이 지상 오염이나 로켓 배기가스라는 가능성은 더욱 배제되었습니다. 이 6수화물 광물의 존재는 달 화산 가스의 구성에 중요한 제약을 형성합니다. 열역학적 분석에 따르면 당시 달 화산 가스의 수분 함량 하한은 현재 지구상에서 가장 건조한 렝가이 화산과 동일했으며 이는 달의 진화를 이해하는 데 큰 의미가 있습니다. 이번 발견은 달의 화산 가스 제거의 복잡한 역사를 보여줍니다.

ULM-1 결정화에 의한 달 화산 가스의 물 퍼지성에 대한 제약.

이 수화된 광물의 발견은 또한 달에 있는 물 분자의 가능한 형태, 즉 수화된 염을 밝혀냈습니다. 휘발성 얼음과 달리 이 수화물은 달의 고위도(창어 5호 샘플링 장소)에서 매우 안정적입니다. 이는 이 안정한 수화염이 달의 햇빛이 비치는 광활한 지역에도 존재할 수 있음을 의미하며, 달 자원의 활용 및 탐사에 대한 더 넓은 전망을 제공합니다.

Jin Shifeng 부연구원과 Hao Munan이 공동 제1저자이고, Chen Xiaolong 연구원이 교신저자입니다. 달탐사우주공학센터는 이 연구를 위해 달 토양 샘플(CE5C0400)을 제공했습니다.

저자: 쉬치민

글: 쉬치민 사진: 인터뷰 대상자 제공 편집자: 쉬치민 편집자: Ren Quan

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