这项新的研究，除了为月球上的水冰提供了迄今为止最好的证据外，还表明这种宝贵的资源分散在月球表面，包括暴露在阳光直射下的区域
（图源：NASA）
美国宇航局于今日发布了一则关于月球的激动人心的消息，我们非常乐意向公众报导他们已发布的内容。就像大多数人所想的那样，美国宇航局对于月球表面的水资源有了新的发现。除了有力证明月球上固态水的年代之外，新的研究发现了丰富的水资源散布于月表，包括受太阳直射的区域和常年掩埋于阴影下的小块区域。
刊登于《自然天文学》杂志的两篇论文重新定义了月球，明晰了月球储存珍贵天然资源——水资源——的能力。一直以来，科学家们都认为月球上存在固态水，尤其月球两极，但是新的研究为我们提供了决定性的证据，这归功于对月表太阳照射处水分子的观测。新研究的观测范围覆盖到了许多阴影小区域，这些区域被称作冷阱，固态水也有可能会隐藏在这些地方。
从朴素的科学观来看，证明月表固态水的存在是非常重要的，与此同时，它也深刻影响到未来的月表探测任务该如何进行。美国宇航局接下来的阿尔忒弥斯任务中最重要的一步，就是从月球南极收集、取回固态水，而如今这一目标比之从前任何时候都更加充满了可能。再者，月球上丰富的水资源意味着未来的探险者或殖民者可以从当地获取水源，这对他们来说是一个好消息。
前些日子，美国宇航局探测到了月球南极的一个明亮斑点。美国宇航局安装在印度月船1号航天器上的雷达数据也显示了同一情况，证实月表有几十个充满固态水的小环形山。在2016年。固态水的残留痕迹被认为是月轴倾斜的证据。
然而，尽管如此，月球上水分子的实际证据仅限于3微米的光谱特征。这是一个问题，因为在此波段下，科学家无法区分水和那些与矿物质结合的羟基（氢氧根包含了氧和氢的化合物）。
为了排除干扰，科学家决定采用新的月表观测手段，他们用红外天文平流层天文台台（SOFIA）对月表再次进行测量——这是一台改装过的、高空飞行的波音747大型喷气式飞机，配备了一个9英尺长的望远镜。在它的帮助下，研究人员可以探测6微米的水光谱信号，而不受到其他羟基群的干扰。科学家们在高纬度地区发现了这种信号，其含量在百万分之100到400之间。根据美国宇航局的新闻报道，这相当于在月球表面1平方米的土壤中分散12盎司水。
令人惊讶的是，固态水存在于阳光直射区域。根据《自然天文学》杂志上由夏威夷大学马诺阿分校行星科学家凯西·霍尼博尔合著的新论文，这些水可能是被散落在月球表面的玻璃碎片所包裹，或者被夹在了阻挡太阳光显得灰尘颗粒之中。
得克萨斯州达拉斯市行星科学研究所的研究员马修·西格勒在一封电子邮件中表示，这是对月表水分子的首次“全面”观测，而之前观测到的3微米特征则受到了氢氧化合物的干扰。
尽管西格勒没有参与此项研究，但他写到：“太阳风中的质子撞击月球上的任何氧气，比如岩石中氧气，都可以形成氢氧化物，但这种几率较小。”所以它可能有多种产生途径，它可能产生于古代月球火山，可能来自小行星和彗星等撞击物体。展望未来的工作，西格勒希望通过SOFIA或6微米扫描仪器得到的数据，绘制出月球表面水的全部范围。
实际上，该团队的观测范围仅限于克拉维斯环形山，这是月球南半球一个阳光充足的区域。未来的观测将以确定其他日照处是否有类似浓度水为目标。观测完成后，美国宇航局计划制作一张水文地图，显示月球上相对丰富的水资源。
（图解：图为克拉维斯环形山。图源：Astro-photo）
“这些水分子似乎是被玻璃包裹着，并非自由分散在月表，所以它们才能广泛分布于极地以外的地方，”西格勒解释道。“自由水分子只有在低于110开尔文（-163摄氏度/-261华氏度）的环境下才能长时间存在，只有低温阱才能满足这一条件。”
在今天的新闻发布会上，美国宇航局总部人类探索和行动任务部门首席探索科学家雅各布·布莱德表示，科学家需要确定这些固态水的稳定程度，以及随着时间的退役，多少水会在太空中消失。位于华盛顿的美国宇航局总部天体物理部主任保罗·赫兹加入了讨论，说这一发现“向我们提出了月表固态水是如何产生以及如何在月表持续存在的问题”。科学家想知道宇航员何以可能接触这些固态水，它会如何影响月球尘埃的化学组成，以及它是否会对钻机等设备产生影响。
除了被玻璃包裹或受尘埃保护的可能性外，固态水也可能分散在月球的各个阴影处。根据《自然天文学》的第二篇论文，博尔德科罗拉多大学保罗·海恩手下的研究人员报告说，月球上的阴影区比我们想象的要更普遍。这些被称作为冷阱的地方永远处于暗处，有可能长期保存固态水。
（图解：图为月球中永远隐藏在暗处的冷阱。图源：NASA）
海恩在新闻稿中说道：“想象一下，如果你站在月球的一个极点上，你会发现到处都是阴影，许多小阴影之下蕴含着丰富的固态水。”
举个例子，沙克尔顿环形山是一个直径13英里（21公里）、深数英里的洼地。环形山棱角分明，有一些地方常年处于阴影之中，温度稳定在-300华氏度（-184摄氏度）左右。
（图解：图为沙克尔顿环形山。图源：Air amp; Space Magazine）
海恩和他的同事们利用美国宇航局的月球勘测轨道飞行器研究了各种冷阱，有些还不到一美分大。令人难以置信的是，一些冷阱已经数十亿年没有见过日光。
研究显示，月球极点附近的小冷阱数量极其之多，其表面积可达15400平方英里（4万平方公里）。大约60%的冷阱靠近月球南极。早先的研究已经证明冷阱面积可达7千平方英里（18100平方公里），而新的研究则大大提高了这一数字。
研究人员在报告中写到：“我们的结果表明，固态水的分布范围比原先预测的月球两极更为广泛，在未来的任务中可以作为资源利用。”
重要的是，这些阴影区域有能力储存固态水，足以作为这篇论文的关键字来重视，但新论文没有提供固态水存在于阴影处的有力证据、
西格勒说，冷阱中的固态水可能来自于彗星、小行星、月球火山或太阳风引起的化学反应，但他们也有可能来自于玻璃所释放的分子（汉尼博尔的论文中提到了这一可能性）。这些玻璃依撞击产生的热量而形成，“基本上可作为一个潜在的蓄水池”。
正如论文所载，月球比我们想象的更适于储存水。这也极大程度地影响到了探测月球的任务计划，或许月球探测者可以直接在月球获取水资源（毕竟从地球携带水负担繁重）。虽然我们还不知道要如何从月表收集固态水，但新研究给了我们一个乐观的前景。西格勒指出，这种固态水可以制作饮用水，也可以用来制造火箭燃料。
他解释道：“如果月球水真的分布广泛，无论它是潜藏在地表或玻璃中，’露天开采’月表水都变得非常可行——我并不是提倡要在月球上开采水资源，但如果你在月球上想要喝一杯马提尼酒或饮用水，或者想要为标准液态氢、液态氧火箭补充燃料，水是非常有用的。”
他还补充说：“想要从地球携带水是非常奢侈的，所以在月球勘探水资源可以让月球探测任务更加便宜，也令太空中的燃料补充成为可能。”
固态水的新研究对我们来说是个好消息，在阿尔忒弥斯3号任务中，预计2024年，一男一女两名宇航员即将登月，这意味着他们也许能够完成在月球南极找到水源的任务。让我们开始寻宝吧！
by: George Dvorsky
FY: 月见里
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