科学家们在月球上发现了水！

科学家通过装在波音客机上的天文观测台，终于检测到了属于水分子的光谱，明确地证实了月球上存在水。

自从阿波罗计划第一次登陆月球后，月球上到底有没有水一直是困扰着科学家们的难题。2009年，NASA的一项研究在光谱分析上发现了月球水存在的可能性。然而，该光谱分析并不能使科学家们确定月球水的存在，至少羟基产生的光谱现象就与水产生的光谱现象非常相似。不久前，NASA的科学家们通过装在一架改装过的波音747SP喷气客机上的平流层红外天文观测台，发现了水的信号，可以肯定月球上存在水。

图片来源：ESA/NASA

对于在未来建设月球研究基地而言，水是必不可少的战略物资。水既可以供给基地的日常消耗，更可以在需要时分解为氢气和氧气，用于科研人员的呼吸以及火箭发动机的启动。月球上存在的水资源将大大节约我们在勘探月球工作中的金钱和时间，为月球基地提供资源保障。

2009年，NASA使用在印度“月船1号”探测器上安装的“月球矿物绘图仪”（Moon Mineralogy Mapper，简称为M3）拍摄了月球陨石坑的照片。M3的探测器在克拉维斯环形山意外地收集到了3μm的红外波段信号，水及羟基都可以发出这样的信号，科学家们对此发现非常兴奋。

阿利斯塔克弹坑的悬崖有2英里高，是美国科罗拉多大峡谷的两倍

令科学家们失望的是，探测器带回的土壤样本实在是太干燥了，其中几乎没有任何形态的水存在。因此，有一些科学家质疑：月球上真的有水存在吗？许多支持月球水存在的科学家请求NASA的“深度撞击”号在经过月球时尽可能多地收集光谱信号，来验证M3探测器的发现。“深度撞击”号传回的数据支持了M3探测器的发现。研究者们又对比了更早的“卡西尼”号执行任务时获得的光谱数据，认为月球上确实存在水或者羟基。

有研究者认为：“深度撞击”号捕捉到的信号能够持续好几天，这很可能是在土壤间存在的水发出的信号，而不是通常在土壤较深处存在的羟基发出的。这些研究成果被当时的《Science》杂志收录。

月球一定有水

为了辨别这些信号到底是什么物质发出的，NASA戈达德航天中心的科学家决定使用更加精确的光学设备。为了更精确地检测这些红外吸收光谱数据，他们决定检测6μm的红外波段信号，这一红外波段信号只有可能是两个氢原子和一个氧原子产生的，也被称作H-O-H弯曲振动。

想检测这种红外信号不是一件简单的事情，目前装备的月球探测器都没有能够检测到6μm的红外波段的光谱仪。在地表检测这种红外信号更是不可能的事情，大气层中的水蒸气会严重干扰这种红外信号的传播，地表的光谱仪实在是无能为力。

NASA的科学家们提出，在飞入平流层的飞机上安装光谱仪去收集信号，从而规避水蒸气带来的干扰。不久前，一架改装过的波音747SP喷气客机装载着平流层红外天文观测台（SOFIA），上面有一台直径100英寸（约为2.54米）的望远镜，能够捕捉到大范围频段的红外信号。

SOFIA。图片来源：NASA and Jim Ross

在发表于《Nature》的一项研究中，NASA的研究月球的科学家Casey Honniball和同事利用了SOFIA重新检测克拉维斯环形山。这一次，他们捕捉到了6μm红外波段信号。他们认为：在太阳的照射下，克拉维斯环形山中有一种分子在吸收了光辐射后释放出了这一信号，而在月球上只有可能是水分子释放出了这种信号。

克拉维斯环形山图片来源：NASA and Jim Ross

研究者认为，这些水分子很有可能存在于月球表面的玻璃中，水分子也只有在玻璃中才能避免被高温和真空环境带走。Honniball表示，“我们认为水主要会存在于玻璃中。当小陨石撞击月球时，会熔化一些月表的岩石，熔化的岩石急速冷却，形成玻璃。无论这些水是在撞击时产生的，还是小陨石带来的，它们都可能最后被储存在玻璃中了。”

从SOFIA观测到的数据来看，大约每kg的月球土壤中含有100~400μg的水，相当于一滴水洒在了土壤里。

永久阴影区的“水库”

科罗拉多大学博尔德分校的研究者也在位于月球极点的永久阴影区的环形山上发现了水分子。在高纬度条件下，高耸的环形山形成了一处阳光长时间照射不到的区域，这些区域的温度永远不会高于零下163摄氏度，为固态水的存在提供了条件。

利用NASA月球勘测轨道飞行器的数据，研究者们计算得到永久阴影区的面积大约是40000平方千米，60%的阴影区位于月球南极。位于阴影区的水都会冻结到和岩石一样硬。即使阳光照射区域很难有水分子存在，但只要物体撞击月球表面时，水分子飘散到永久阴影区，那么这些水就会停留在月球上。

可能藏有水的永久阴影区。图片来源：NASA

也就是说，这4万平方千米的月球表面都可能存在水分子。尽管这项研究并没有计算具体能存在多少水，但是研究者之一Paul Hayne表示想要在这个区域获得任何东西都不难。可能我们需要的只是一辆能出入永久阴影区挖掘冰岩的探测车，将冰岩带到太阳照射区域来就行了。

NASA将发射一个带有光谱仪的探冰钻头到月球表面。图片来源：NASA

而就在上周，NASA刚宣布与Intuitive Machines公司签署了一份4700万的合同，在2023年将探冰钻头运送到月球。月球表面究竟有多少水可以供给人类使用？相信我们很快就能获得这些答案。就像Honniball说的，为了获得这些玻璃中的水，可能要花费大量燃料融化玻璃来提取。这些成本一定比从地球运输水的支出少吗？现在还无法确定。

但我们都期望有一天，月球基地旁边就有一块能开采水资源的区域，这也是敦促人类再次踏上月球的极大驱动力。

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