原标题:【你问我答】月球上有水吗

作者:谢懿

2005年8月15日,我国首个月球仪面世了。说起月球,你可知道月球上到底有没有水呢?

猜一猜,什么地方有“海”却没有水?月球。从雨海、静海、澄海到丰富海、云海,从阿丽阿黛溪再到虹湾、风暴洋,月球上到处都是和水有关的地名。但20世纪美国“阿波罗计划”采集回来的月岩却异常干燥,比地球上最干燥的沙漠还有过之而无不及。因此,除了地名之外月球和水似乎再无瓜葛。

这一直接后果就是在月球上建立长期甚至永久基地的可能性变得渺茫。因为水是一种非常高效、易于使用和储存的氢、氧载体,它可以维持人类的日常需要,用来生产火箭的推进剂,为地球和月球之间的运输系统提供燃料。试想在月球上工作了好多天的航天员无法洗个澡是什么样的情形?月球上没有水,要建设和运行月球基地就必须从地球上运水,这个成本实在太高昂了。

与地球近23.5°的黄赤交角不同,月球的赤道与黄道的交角只有大约1.5°。自转轴几乎和黄道面垂直的构形,使得月球两极的一些地区可能会处于永久的黑暗之中。日本“月亮女神”探测器发现,月球两极确实存在永久阴影区。那里的温度保持在大约50开(-223℃),被形象地称为“低温陷阱”。其结果是,由陨星带到月球上的水冰就会在低温陷阱中积累并被永久保存。

事实上,近半个世纪前天文学家就开始争论,月球上可能有冰。但直到20世纪90年代初才有了些许眉目,而它缘起的地点则是出人意料的比月球环境更为严酷的水星。当时天文学家使用雷达探测水星的地貌,接收到了来自水星两极环形山中永久阴影区的回波。从回波的特性来看那里似乎存在一个厚冰层。

受这一“利好”消息的影响,1994年科学家在美国“克莱芒蒂娜”月球轨道探测器上安装了一个雷达。当它经过月球南极上空的时候,反射回来的信号也“预示”有冰存在的痕迹。但很多人对此存有疑问。

1998年,美国“月球勘探者”探测器专门携带了中子谱仪,来测量宇宙线轰击月球表面所产生的中子的能量。如果这些中子在飞向探测器的过程中与月球土壤上层的氢原子发生碰撞的话,它们的速度就会大为降低。通过测量快中子和慢中子的比例,它令人信服地证明月球的两极地区富含氢原子,而这些氢原子极有可能来自混合在月球土壤中的冰。

近年来,月球迎来了新一轮的探测热潮。美国“月球勘测轨道飞行器”发现月球极地环形山永久阴影区的温度仅有-240℃。这一温度不仅可以储存水冰或者氢达数十亿年,还使得这些永久阴影区成为太阳系中最寒冷的地方。它还在月球南极附近的环形山中探测到了水的信号,且信号比预期的要强。

此后,印度“月船1号”探测器上的“月球矿物探测器”也在月球上发现了水分子。虽然这些水仅仅存在于月球表面最上层的1~2毫米之中,但它的分布却十分广泛,且月面纬度越高,水分子的信号越强。同时,这些信号的强弱还会随着昼夜周期性地变化。

月球两极环形山永久阴影区中是否存在水冰的决定性证据,来自美国主动撞击月球的“月球环形山观测和传感卫星”。它由两部分组成。其中占据绝大部分的是“宇宙神”5型火箭的二级火箭“半人马座”,另一部分则是“牧羊人”探测器。

2009年10月9日,“半人马座”火箭以超过2.4千米/秒的速度撞上了月球南极的卡比奥环形山。“牧羊人”探测器对此进行了大约4分钟的观测。当原子和分子被激发的时候,它们就会释放出特定波长的辐射,这些辐射能被分光计探测到。“牧羊人”探测上的近红外、可见光和紫外分光计对撞击抛射物进行了探测。红外分光计探测到了水的信号,紫外分光计则探测到了氢氧根。这次探测共发现了95升水。这一数字仅仅是环形山中总储水量的下限,进一步的分析表明那里还有更多的水冰。

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