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這項新的研究，除了為月球上的水冰提供了迄今為止最好的證據(jù)外，還表明這種寶貴的資源分散在月球表面，包括暴露在陽光直射下的區(qū)域

（圖源：NASA）

美國宇航局于今日發(fā)布了一則關(guān)于月球的激動人心的消息，我們非常樂意向公眾報導(dǎo)他們已發(fā)布的內(nèi)容。就像大多數(shù)人所想的那樣，美國宇航局對于月球表面的水資源有了新的發(fā)現(xiàn)。除了有力證明月球上固態(tài)水的年代之外，新的研究發(fā)現(xiàn)了豐富的水資源散布于月表，包括受太陽直射的區(qū)域和常年掩埋于陰影下的小塊區(qū)域。

刊登于《自然天文學(xué)》雜志的兩篇論文重新定義了月球，明晰了月球儲存珍貴天然資源——水資源——的能力。一直以來，科學(xué)家們都認(rèn)為月球上存在固態(tài)水，尤其月球兩極，但是新的研究為我們提供了決定性的證據(jù)，這歸功于對月表太陽照射處水分子的觀測。新研究的觀測范圍覆蓋到了許多陰影小區(qū)域，這些區(qū)域被稱作冷阱，固態(tài)水也有可能會隱藏在這些地方。

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從樸素的科學(xué)觀來看，證明月表固態(tài)水的存在是非常重要的，與此同時，它也深刻影響到未來的月表探測任務(wù)該如何進(jìn)行。美國宇航局接下來的阿爾忒彌斯任務(wù)中最重要的一步，就是從月球南極收集、取回固態(tài)水，而如今這一目標(biāo)比之從前任何時候都更加充滿了可能。再者，月球上豐富的水資源意味著未來的探險者或殖民者可以從當(dāng)?shù)孬@取水源，這對他們來說是一個好消息。

前些日子，美國宇航局探測到了月球南極的一個明亮斑點。美國宇航局安裝在印度月船1號航天器上的雷達(dá)數(shù)據(jù)也顯示了同一情況，證實月表有幾十個充滿固態(tài)水的小環(huán)形山。在2016年。固態(tài)水的殘留痕跡被認(rèn)為是月軸傾斜的證據(jù)。

然而，盡管如此，月球上水分子的實際證據(jù)僅限于3微米的光譜特征。這是一個問題，因為在此波段下，科學(xué)家無法區(qū)分水和那些與礦物質(zhì)結(jié)合的羥基（氫氧根包含了氧和氫的化合物）。

為了排除干擾，科學(xué)家決定采用新的月表觀測手段，他們用紅外天文平流層天文臺臺（SOFIA）對月表再次進(jìn)行測量——這是一臺改裝過的、高空飛行的波音747大型噴氣式飛機(jī)，配備了一個9英尺長的望遠(yuǎn)鏡。在它的幫助下，研究人員可以探測6微米的水光譜信號，而不受到其他羥基群的干擾?？茖W(xué)家們在高緯度地區(qū)發(fā)現(xiàn)了這種信號，其含量在百萬分之100到400之間。根據(jù)美國宇航局的新聞報道，這相當(dāng)于在月球表面1平方米的土壤中分散12盎司水。

令人驚訝的是，固態(tài)水存在于陽光直射區(qū)域。根據(jù)《自然天文學(xué)》雜志上由夏威夷大學(xué)馬諾阿分校行星科學(xué)家凱西·霍尼博爾合著的新論文，這些水可能是被散落在月球表面的玻璃碎片所包裹，或者被夾在了阻擋太陽光顯得灰塵顆粒之中。

得克薩斯州達(dá)拉斯市行星科學(xué)研究所的研究員馬修·西格勒在一封電子郵件中表示，這是對月表水分子的首次“全面”觀測，而之前觀測到的3微米特征則受到了氫氧化合物的干擾。

盡管西格勒沒有參與此項研究，但他寫到：“太陽風(fēng)中的質(zhì)子撞擊月球上的任何氧氣，比如巖石中氧氣，都可以形成氫氧化物，但這種幾率較小。”所以它可能有多種產(chǎn)生途徑，它可能產(chǎn)生于古代月球火山，可能來自小行星和彗星等撞擊物體。展望未來的工作，西格勒希望通過SOFIA或6微米掃描儀器得到的數(shù)據(jù)，繪制出月球表面水的全部范圍。

實際上，該團(tuán)隊的觀測范圍僅限于克拉維斯環(huán)形山，這是月球南半球一個陽光充足的區(qū)域。未來的觀測將以確定其他日照處是否有類似濃度水為目標(biāo)。觀測完成后，美國宇航局計劃制作一張水文地圖，顯示月球上相對豐富的水資源。

（圖解：圖為克拉維斯環(huán)形山。圖源：Astro-photo）

“這些水分子似乎是被玻璃包裹著，并非自由分散在月表，所以它們才能廣泛分布于極地以外的地方，”西格勒解釋道?！白杂伤肿又挥性诘陀?10開爾文（-163攝氏度/-261華氏度）的環(huán)境下才能長時間存在，只有低溫阱才能滿足這一條件?！?/p>

在今天的新聞發(fā)布會上，美國宇航局總部人類探索和行動任務(wù)部門首席探索科學(xué)家雅各布·布萊德表示，科學(xué)家需要確定這些固態(tài)水的穩(wěn)定程度，以及隨著時間的退役，多少水會在太空中消失。位于華盛頓的美國宇航局總部天體物理部主任保羅·赫茲加入了討論，說這一發(fā)現(xiàn)“向我們提出了月表固態(tài)水是如何產(chǎn)生以及如何在月表持續(xù)存在的問題”?？茖W(xué)家想知道宇航員何以可能接觸這些固態(tài)水，它會如何影響月球塵埃的化學(xué)組成，以及它是否會對鉆機(jī)等設(shè)備產(chǎn)生影響。

除了被玻璃包裹或受塵埃保護(hù)的可能性外，固態(tài)水也可能分散在月球的各個陰影處。根據(jù)《自然天文學(xué)》的第二篇論文，博爾德科羅拉多大學(xué)保羅·海恩手下的研究人員報告說，月球上的陰影區(qū)比我們想象的要更普遍。這些被稱作為冷阱的地方永遠(yuǎn)處于暗處，有可能長期保存固態(tài)水。

（圖解：圖為月球中永遠(yuǎn)隱藏在暗處的冷阱。圖源：NASA）

海恩在新聞稿中說道：“想象一下，如果你站在月球的一個極點上，你會發(fā)現(xiàn)到處都是陰影，許多小陰影之下蘊(yùn)含著豐富的固態(tài)水?！?/p>

舉個例子，沙克爾頓環(huán)形山是一個直徑13英里（21公里）、深數(shù)英里的洼地。環(huán)形山棱角分明，有一些地方常年處于陰影之中，溫度穩(wěn)定在-300華氏度（-184攝氏度）左右。

（圖解：圖為沙克爾頓環(huán)形山。圖源：Air & Space Magazine）

海恩和他的同事們利用美國宇航局的月球勘測軌道飛行器研究了各種冷阱，有些還不到一美分大。令人難以置信的是，一些冷阱已經(jīng)數(shù)十億年沒有見過日光。

研究顯示，月球極點附近的小冷阱數(shù)量極其之多，其表面積可達(dá)15400平方英里（4萬平方公里）。大約60%的冷阱靠近月球南極。早先的研究已經(jīng)證明冷阱面積可達(dá)7千平方英里（18100平方公里），而新的研究則大大提高了這一數(shù)字。

研究人員在報告中寫到：“我們的結(jié)果表明，固態(tài)水的分布范圍比原先預(yù)測的月球兩極更為廣泛，在未來的任務(wù)中可以作為資源利用?！?/p>

重要的是，這些陰影區(qū)域有能力儲存固態(tài)水，足以作為這篇論文的關(guān)鍵字來重視，但新論文沒有提供固態(tài)水存在于陰影處的有力證據(jù)、

西格勒說，冷阱中的固態(tài)水可能來自于彗星、小行星、月球火山或太陽風(fēng)引起的化學(xué)反應(yīng)，但他們也有可能來自于玻璃所釋放的分子（漢尼博爾的論文中提到了這一可能性）。這些玻璃依撞擊產(chǎn)生的熱量而形成，“基本上可作為一個潛在的蓄水池”。

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正如論文所載，月球比我們想象的更適于儲存水。這也極大程度地影響到了探測月球的任務(wù)計劃，或許月球探測者可以直接在月球獲取水資源（畢竟從地球攜帶水負(fù)擔(dān)繁重）。雖然我們還不知道要如何從月表收集固態(tài)水，但新研究給了我們一個樂觀的前景。西格勒指出，這種固態(tài)水可以制作飲用水，也可以用來制造火箭燃料。

他解釋道：“如果月球水真的分布廣泛，無論它是潛藏在地表或玻璃中，’露天開采’月表水都變得非?？尚小也⒉皇翘岢谠虑蛏祥_采水資源，但如果你在月球上想要喝一杯馬提尼酒或飲用水，或者想要為標(biāo)準(zhǔn)液態(tài)氫、液態(tài)氧火箭補(bǔ)充燃料，水是非常有用的?！?/p>

他還補(bǔ)充說：“想要從地球攜帶水是非常奢侈的，所以在月球勘探水資源可以讓月球探測任務(wù)更加便宜，也令太空中的燃料補(bǔ)充成為可能?！?/p>

固態(tài)水的新研究對我們來說是個好消息，在阿爾忒彌斯3號任務(wù)中，預(yù)計2024年，一男一女兩名宇航員即將登月，這意味著他們也許能夠完成在月球南極找到水源的任務(wù)。讓我們開始尋寶吧！

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by: George Dvorsky

FY: 月見里

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