跳跃中绽放的马诺越之美

美国宇航局发布关于月球的“令人兴奋”的消息，正如人们猜测的那样，这一发现与月球表面的水有关。这项新研究除了提供了迄今为止月球上存在水冰的最佳证据外，还表明这种宝贵的资源分布在月球表面，包括暴露在阳光直射下的区域和处于永久阴影下的小区域。

发表在《自然天文学》(Nature Astronomy)杂志上的两篇论文重新定义了我们对月球的了解，以及它储存一种珍贵的自然资源——水。长期以来，科学家们一直怀疑月球上存在冰冻水，尤其是在两极，但这项新的研究提供了迄今为止最明确的证据，因为在月球受阳光照射的表面探测到了真正的水分子。这项新研究还发现了大量被称为“冷阱”的阴暗地带，其中可能隐藏着冰冻的水。
月球上存在水冰从纯粹的科学角度来看是重要的，但它对未来月球表面任务的影响也是重要的。NASA即将进行的阿尔特米斯任务的一个重要目标是收集和回收南极地区的水冰，现在看来这比以往任何时候都更有可能实现。更重要的是，月球上明显丰富的水意味着它可以在当地获取，这对未来的探险家或殖民者来说是个好消息。
以前，在月球南极探测到的明亮斑点暗示了这种可能性。与印度“月船一号”(Chandrayaan-1)航天器相连的美国宇航局(NASA)雷达传回的数据也表明了同样的情况，它显示了数十个看起来充满水冰的小陨石坑。2016年，残留的水冰痕迹被认为是月球轴心倾斜的证据。
然而，尽管有了这些和其他诱人的发现，月球上存在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，因为在这个波长下，科学家无法区分水和氢氧结合的矿物(氢氧化物包含氧和氢)。
为了克服这一局限性，科学家们从平流层红外天文观测站(SOFIA)对月球表面进行了新的测量。该观测站是一架改装后的高飞波音747大型喷气式飞机，配备了一个9英尺长的望远镜。在SOFIA，研究人员检测到6微米的光谱水特征，这是不与其他羟基共享的。这种水的特征在高纬度地区被发现，其含量在百万分之100到百万分之400之间。根据美国宇航局的一份新闻稿，这大致相当于一瓶12盎司的水分散在一立方米的月球表面的土壤中。
根据新的《自然天文学》论文，这是由夏威夷大学马诺阿分校（University of Hawai?i at Manoa）的行星科学家Casey Honniball合著的，这水可以装在玻璃碎片散落在月球表面,或夹在谷物的尘埃,保护水免受太阳光线。
德克萨斯州达拉斯行星科学研究所(Planetary Science Institute)的研究科学家马修·西格勒(Matthew Siegler)在一封电子邮件中说，这是首次对月球表面水分子进行“全面”的探测，而不是之前观察到的3微米的特征，可能会被混淆为氢氧根化合物。
“氢氧根可以由太阳风中的质子与悬挂在月球上的氧(如岩石中所含的氧)碰撞而形成，”Siegler写道，他没有参与这项新研究。“水的形成比较困难，”他说，所以它可能是通过不同的过程形成的，比如古代月球上的火山，或者通过撞击小行星和彗星等物体。展望未来的工作，Siegler希望看到更多的SOPHIA数据，或任何能够扫描6微米的仪器的数据，以绘制月球表面水的全部范围。
事实上，该小组的观测范围仅限于巨大的克拉维乌斯环形山，这是月球南半球一个阳光充足的区域。需要将来的观测来确定在其他阳光照射的地区是否也有类似的水浓度。最终，NASA想要创建一种水文地图，显示月球表面相对丰富的水。
“这些水分子似乎被困在玻璃里，而不是在表面上自由地弹跳，所以它们可能是全球性的，而且不只是在超冷的极地地区，”Siegler解释说。“游离水分子需要被冷却到110凯氏温度(零下163摄氏度，零下261华氏度)以下才能在水中停留很长时间，而这种情况只会发生在寒冷的环境中。”
在新闻发布会上，美国宇航局总部人类探索和操作任务理事会的首席探索科学家Jacob Bleacher表示，科学家们需要确定这片水域的稳定性，以及随着时间的推移，有多少水可能会流失到太空中。美国宇航局华盛顿总部天体物理部门主任保罗·赫兹(Paul Hertz)说，这一发现“提出了水是如何产生的，以及它如何能在月球表面持续存在的问题。”“科学家们想知道宇航员是如何获得这些水的，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。
除了可能被困在玻璃里或被灰尘遮蔽的水，发现还包括冰冻水散布在月球上的一些隐蔽的地方的可能性。在发表在《自然天文学》杂志上的第二篇论文中，由位于博尔德的科罗拉多大学（University ofColorado）的Paul Hayne领导的研究人员报告说，月球上隐藏的水袋比之前认为的更普遍。这些被称为“冷阱”的地方是火星表面永久处于黑暗中的特殊区域，有可能为水冰的长期保存提供了条件。

这是月球上永久处于阴凉处的冷阱的例子。
Hayne在UC-B新闻发布会上解释说:“如果你能想象站在月球表面靠近月球两极的地方，你会看到到处都是阴影。”“很多这样的小影子可能都是冰。”
以沙克尔顿陨石坑为例，这是一个直径13英里(21公里)、深几英里的凹地。陨石坑的某些部分呈一定角度，因此内部部分总是处于阴影中，温度稳定在零下300华氏度(零下184摄氏度)左右。
利用美国宇航局的月球勘测轨道飞行器，Hayne和他的同事们研究了一系列可能存在的冷阱，有些还不到一便士大。令人难以置信的是，这些冷阱中的一些已经在完全黑暗中存在了数十亿年。
根据这项研究，月球极地附近的小型冷阱数量惊人，其面积达15400平方英里(40000平方公里)。大约60%的冷阱位于南部极地附近。先前的研究表明，月球上的寒冷地带占了7000平方英里(18100平方公里)的面积，而最新的估计则大大提高了这一数字。
研究人员在研究报告中写道:“我们的研究结果表明，月球两极的水可能分布更广，作为未来任务的一种资源，可能比以前认为的更容易获得。”
重要的是，这些地方能够储存水，能力是关键词;实际上，这篇新论文并没有提供水冰存在于这些黑暗区域内的证据。
Siegler说，这些冷阱中可能存在的水来自于彗星、小行星、月球火山或由太阳风引起的化学反应，但它们也可能来自于在玻璃中发现的分子的释放(Honniball的论文中提到了这种可能性)。这些玻璃是由撞击产生的热量产生的，“基本上引入了一个潜在的新的全球储层。”
正如这些论文所指出的，月球是一个比我们想象的更适合储存水的地方。这对登月任务有着巨大的影响，因为月球探险者有可能在当地寻找水源(从地球上运输大量的水是相当麻烦的)。目前还不清楚从月球表面收集水冰到底有多容易，但新的研究应该给我们带来乐观的理由。Siegler指出，这种冰可以产生饮用水，但也可以用来制造火箭燃料。
他解释说:“如果水真的广泛存在，即使是在地表，被困在玻璃中，你可以想象在月球表面‘露天开采’可能是一种更可行的方法——不是说我提倡我们在月球上开采。”“但如果你在月球上想要一杯马提尼酒或饮用水，或者你想给标准的液氢液氧火箭补充燃料，水是非常有用的。”
对此，他补充道:“从地球上取水从我们的重力井中取水非常昂贵，所以在月球上有水可以让月球探索变得更便宜，也让太空加油成为可能。”
对于阿尔特米斯三世(Artemis III)任务来说，这是一个好消息，因为这意味着他们有很大的机会实现在南极地区找到水源的目标。该任务将在2024年实现男女登月。让我们开始寻宝吧!