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這項(xiàng)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(yáng)光直射下的區(qū)域

（圖源：NASA）

美國(guó)宇航局于今日發(fā)布了一則關(guān)于月球的激動(dòng)人心的消息，我們非常樂(lè)意向公眾報(bào)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(guó)宇航局對(duì)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(yáng)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(chǔ)存珍貴天然資源——水資源——的能力。一直以來(lái)，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(duì)月表太陽(yáng)照射處水分子的觀測(cè)。新研究的觀測(cè)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(huì)隱藏在這些地方。

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從樸素的科學(xué)觀來(lái)看，證明月表固態(tài)水的存在是非常重要的，與此同時(shí)，它也深刻影響到未來(lái)的月表探測(cè)任務(wù)該如何進(jìn)行。美國(guó)宇航局接下來(lái)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(shí)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(lái)的探險(xiǎn)者或殖民者可以從當(dāng)?shù)孬@取水源，這對(duì)他們來(lái)說(shuō)是一個(gè)好消息。

前些日子，美國(guó)宇航局探測(cè)到了月球南極的一個(gè)明亮斑點(diǎn)。美國(guó)宇航局安裝在印度月船1號(hào)航天器上的雷達(dá)數(shù)據(jù)也顯示了同一情況，證實(shí)月表有幾十個(gè)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(shí)際證據(jù)僅限于3微米的光譜特征。這是一個(gè)問(wèn)題，因?yàn)樵诖瞬ǘ蜗?，科學(xué)家無(wú)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(cè)手段，他們用紅外天文平流層天文臺(tái)臺(tái)（SOFIA）對(duì)月表再次進(jìn)行測(cè)量——這是一臺(tái)改裝過(guò)的、高空飛行的波音747大型噴氣式飛機(jī)，配備了一個(gè)9英尺長(zhǎng)的望遠(yuǎn)鏡。在它的幫助下，研究人員可以探測(cè)6微米的水光譜信號(hào)，而不受到其他羥基群的干擾。科學(xué)家們?cè)诟呔暥鹊貐^(qū)發(fā)現(xiàn)了這種信號(hào)，其含量在百萬(wàn)分之100到400之間。根據(jù)美國(guó)宇航局的新聞報(bào)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(yáng)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(yáng)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(duì)月表水分子的首次“全面”觀測(cè)，而之前觀測(cè)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(méi)有參與此項(xiàng)研究，但他寫到：“太陽(yáng)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?！彼运赡苡卸喾N產(chǎn)生途徑，它可能產(chǎn)生于古代月球火山，可能來(lái)自小行星和彗星等撞擊物體。展望未來(lái)的工作，西格勒希望通過(guò)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(shí)際上，該團(tuán)隊(duì)的觀測(cè)范圍僅限于克拉維斯環(huán)形山，這是月球南半球一個(gè)陽(yáng)光充足的區(qū)域。未來(lái)的觀測(cè)將以確定其他日照處是否有類似濃度水為目標(biāo)。觀測(cè)完成后，美國(guó)宇航局計(jì)劃制作一張水文地圖，顯示月球上相對(duì)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。“自由水分子只有在低于110開爾文（-163攝氏度/-261華氏度）的環(huán)境下才能長(zhǎng)時(shí)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(huì)上，美國(guó)宇航局總部人類探索和行動(dòng)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(shí)間的退役，多少水會(huì)在太空中消失。位于華盛頓的美國(guó)宇航局總部天體物理部主任保羅·赫茲加入了討論，說(shuō)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(wèn)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(huì)如何影響月球塵埃的化學(xué)組成，以及它是否會(huì)對(duì)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(gè)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(bào)告說(shuō)，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(zhǎng)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(shuō)道：“想象一下，如果你站在月球的一個(gè)極點(diǎn)上，你會(huì)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(gè)例子，沙克爾頓環(huán)形山是一個(gè)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(guó)宇航局的月球勘測(cè)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(méi)有見(jiàn)過(guò)日光。

研究顯示，月球極點(diǎn)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(wàn)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(bào)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(cè)的月球兩極更為廣泛，在未來(lái)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(chǔ)存固態(tài)水，足以作為這篇論文的關(guān)鍵字來(lái)重視，但新論文沒(méi)有提供固態(tài)水存在于陰影處的有力證據(jù)、

西格勒說(shuō)，冷阱中的固態(tài)水可能來(lái)自于彗星、小行星、月球火山或太陽(yáng)風(fēng)引起的化學(xué)反應(yīng)，但他們也有可能來(lái)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(gè)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(chǔ)存水。這也極大程度地影響到了探測(cè)月球的任務(wù)計(jì)劃，或許月球探測(cè)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(gè)樂(lè)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(lái)制造火箭燃料。

他解釋道：“如果月球水真的分布廣泛，無(wú)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(shuō)：“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(cè)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(duì)我們來(lái)說(shuō)是個(gè)好消息，在阿爾忒彌斯3號(hào)任務(wù)中，預(yù)計(jì)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(jiàn)里

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