月球上有水吗(美国宇航局科学家证实月球上有水！)

对于想探索月球的人来说，水是一种非常宝贵的资源。它不仅可以供宇航员饮用，还可以分解成氢气和氧气，对火箭燃料制备和人类呼吸都有重要意义。如果月球上有大量可用的水，我们在探索月球时就不再需要花费大量的金钱和在空之间运输来自地球的水资源。

早在2009年，美国宇航局就利用印度“月川一号”探测器携带的月球矿物制图仪(简称M3)对月球陨石坑进行了成像。当时，M3在克拉维斯陨石坑意外探测到一个3微米红外波段的信号。一种可能是水，另一种是羟基。

然而，科学家测试了阿波罗任务带回的月球岩石。它们非常干燥，几乎检测不到水分子。大家一直在争论这个红外光信号是不是水产生的。为此，M3团队还要求美国宇航局的深度撞击项目在通过月球时打开光谱仪进行测试。深度影响返回的数据证实了M3团队的结果。在综合了1999年早些时候卡西尼号任务的光谱数据后，他们确认月球上确实存在水或羟基的可能性。

根据当时的研究，Deep Impact发现水/羟基的信号会在表面持续几天，这说明很有可能是水与月球表面的岩石松散结合造成的，而不仅仅是羟基紧密结合的结果。这些研究也发表在当年的《科学》杂志上。

月球上一定有水。

为了消除羟基产生信号的可能性，美国宇航局戈达德航天中心的科学家决定再次重复光谱数据的检测。这次，为了更准确地保证红外吸收光谱数据是由水产生的，他们决定探测6微米红外波段的信号，这种信号只能由两个氢原子和一个氧原子产生，也称为H-O-H弯曲振动。

然而，探测这个红外波段非常困难，因为目前的月球探测器没有配备能够探测6微米红外波段的光谱仪。然而，在地面上检测它是不现实的。地球大气中的水蒸气会隔离这部分波段的光，所以地面观测者对此无能为力。

但是，还有一个出路，就是让飞机带着光谱仪飞到合适的高度进行探测，从而克服大气给出的问题。现实中，我们确实有这个工具——平流层红外天文观测台(SOFIA)，它实际上是一架改装的波音747SP喷气客机，搭载一台直径100英寸(约2.54米)的望远镜，利用红外光观测宇宙，研究附近的星系、黑洞、彗星等。

SOFIA的飞行区域可以远离大气中99.9%的水蒸气，所以6微米的红外光可以通过它的区域。SOFIA组装的FORCAST光谱仪可以探测到6微米的红外光，同时可以观测月球。至此，改装后的波音客机已经满足了所有的观测条件。

在《自然-天文学》杂志上发表的一项研究中，研究月球的美国宇航局科学家凯西·洪尼巴尔和他的同事使用SOFIA重新检查了2009年被3微米红外光探测到的克拉维斯陨石坑。这一次，研究人员的仍然收到了6微米红外光的清晰信号。他们确定，在太阳的照射下，克拉维斯城周围的山中的一个分子在吸收辐射后释放了这一信号，而这一次，研究人员可以确定，只有月球上的水分子才能做到这一点。Honniball和她的同事在论文中写道:“除了月球上的水，我们想不出任何东西能显示6微米光谱的信号特征。据推测，这些水分子可能储存在月球表面的玻璃中，或者夹在微小的岩石灰之间。在这些地方，水分子可以避免被高温和真空环境带走。

“我们主要认为水将存在于玻璃中，”Honniball说。“当一颗小陨石撞击月球时，它会融化一些月球物质，这些物质会迅速冷却并形成玻璃。无论水是在撞击过程中产生的，还是小陨石带来的，最终都有可能储存在玻璃里。”

这些土壤能容纳多少水？根据SOFIA的观测数据，水的丰度约为100-400 ppm，也就是每公斤月球土壤中约有100-400毫克的水，就像月球土地上一滴雨的感觉。

永久阴影区的“水库”？

与此同时，科罗拉多大学博尔德分校的研究人员也在探索月球上水分子的另一个藏身之处——月球极点永久阴影区的陨石坑。在高纬度地区，高耸的陨石坑会形成一个太阳永远无法照射的区域。在这些地方，温度永远不会高于-163摄氏度，这为水冰的存在提供了条件。

利用NASA月球侦察轨道器的数据，研究人员在《自然-天文学》的另一篇论文中计算了永久阴影区域的面积，该区域约为4万平方公里，60%位于月球南极。无论水来自陨石、彗星还是其他天体，这个区域的任何水分子都会像岩石一样坚硬地冻结。即使水分子很难存在于阳光照射的区域，只要在物体撞击月球表面时，水分子受到撞击，漂流到永久阴影区域，水就会留在月球上。

可能包含水的永久阴影区域。图片:美国宇航局

换句话说，4万平方公里的月球表面可能存在水分子。尽管这项研究没有计算出水可以存在多少，但研究人员之一保罗·海恩(Paul Hayne)表示，在这个地区获得任何东西并不难。也许我们需要的只是一辆探测车，可以在永久阴影区挖冰石进出，只需要把冰石带到阳光照射区就可以了。

美国宇航局将发射一个带有分光计的冰探测器到月球表面。图片:美国宇航局

就在上周，美国宇航局刚刚宣布，它已经与直觉机器公司签署了一份4700万英镑的合同，将于2023年向月球运送冰探索碎片。月球表面有多少水可供人类使用？我相信我们很快就能得到这些答案。正如Honniball所说，为了获得这些玻璃杯中的水，可能需要大量的燃料来熔化玻璃杯以提取水。这些成本一定比从地球上运输水的成本低吗？我还不确定。

但我们都希望有一天，月球基地旁边会有一个可以开采水资源的区域，这也是促使人类再次踏上月球的巨大动力。