月球上有水？宇宙裡可能還有很多水存在

近日，美國宇航局放出一條新聞，在陽光照射下的月球表面，首次探測到水分子。為何美國宇航局要把這條新聞如此高調地進行公布？它的意義是什麼？多年來，人類在諸多星球上發現了適合生物生存的證據，之後又做了哪些努力？

宇宙中缺水又不缺水

由於是"近鄰"，月球是人類探測得最多的外星球，但因為其引力小且沒有大氣層，所以肯定沒有富足的水資源。在過去的月球探索中，人類也沒有發現月球表面存在水冰的證據。

根據愛好者統計，此前所有對月球水資源存在的說法，都是"疑似"，並沒有"確診"。美國宇航局也有很長一段時間不曾向月球發射新的探測器了。更有意思的是，這次確認月球有水的並不是登月探測器或者繞月探測器，而是一架在大氣層內飛行的飛機，也就是平流層紅外天文觀測臺。

這次美國宇航局發布這條消息的亮點是"有光照表面"。眾所周知，月球的兩極很少能接收到陽光，人們推測，月球上即使有水，也只能蘊藏在兩極的陰影中。而這次發現證明，即使在遭到陽光猛烈照射地方，如果有環形山遮擋，月球表面的水還是能殘存一些的。

雖然人類對地球家園獻上了各種溢美之詞，但從宇宙的角度來說，地球只是一顆普通的微小巖石行星而已。所以，人類也沒有理由認定，唯獨地球上才有水。

事實上，人類在對其他星球的考察中，已經發現了氫元素和氧元素。例如，月球主要巖石是斜長巖與蘇長巖，主要由多種矽酸鹽組成，蘊含大量氧元素。火星土壤中有大量氧化鐵，因此呈現出明顯的紅色。火星大氣中存在低濃度的甲烷，這證明了氫元素的存在。既然有氧有氫，那麼在某種條件下形成水，就是完全可能的。

2010 年，日本隼鳥號小行星探測器從系川小行星上帶回了 1500 顆巖石粉塵，發現它同樣是由矽酸鹽礦物組成的，所以小行星上存在水的概率也很大。

日本隼鳥號探測器抵達小行星示意圖

需要強調的是彗星這種奇異的天體。數十年前，人們就推測，彗星的核部是個髒雪球，由水冰、塵埃、碎石組成。後續的研究越來越接近這個推測。直到 2015 年，歐洲羅塞塔彗星探測器終於抵達" 67P/ 楚留莫夫 - 格拉希門克彗星"，用零距離接觸的方式確認，這顆彗星的核部確實有大量水冰，還有沙丘、碳氫化合物之類。

上述發現意味著，宇宙裡確實存在著相當數量的水，只不過我們還沒有發現像地球上這樣集中存在的液態水，沒有江河湖海、雨雪風霜的存在而已。想要在宇宙裡製造浴室、冰激凌、汽水和靚湯，我們還需要做很多工作。

把石頭裡的水"燒烤"出來

在許多科幻作品裡，已經對如何採集宇宙中的水資源提出了想法。在影片《無垠的太空》中，設想著能找到一些富含水冰的小行星，然後出動飛船把它抓住，再用機器人剝開巖層，像挖寶石一樣，把大塊水冰取出來。

而實際情況可能沒有那麼樂觀，小行星上的水可能是滲透在巖石和土壤當中的，含量很低，要開採大量石塊才能弄到一點點水。這樣的水資源，在地球上根本就沒有人會去開發，但是在宇宙裡，人類似乎沒得選。

要想把石頭裡的水弄出來，最好的辦法就是"燒烤"。

幾年前，美國宇航局曾經支持過一個團隊實施了先期研究，雖然腦洞很大，但看起來竟然是有可行性的。這個方案的核心是研製一種有點像小蛋糕的氣球，圓臺狀的表面是透明的，臺頂和底部都是反光鏡，底部開了一個孔。當氣球充滿了氣，底部的鏡面就成為了拋物面，這樣當它面向太陽的時候，能夠起到聚光鏡的效果。頂部反光鏡可以把強化後的陽光變成平行光，從底部的孔裡射出去。如果能用這種大規模強化後的陽光照射小行星的巖體，就能把裡面的水分燒烤出來。

按照團隊的設計方案，人類需要發射一種太空飛行器，裝著兩個扁平氣球聚光鏡、一個小行星捕捉軟囊和一套水蒸氣收集設備。

進入太空之後，首先要找到含水量比較高的小行星，然後把它收入囊中，再用兩路強化陽光猛烈燒烤它。水蒸氣引入收集設備之後，在宇宙的低溫中迅速結冰。等湊夠一定數量、形成一個大冰球，就派貨運飛船來取走。這種燒烤採水器的空間機動方式也很因地制宜：用高溫蒸汽直接噴射，形成反作用力。該團隊在地球上進行了原理實驗，其結果讓人瞠目結舌：不但水分被烤出來了，石頭本身都碎裂了。

當然，如果人類要在宇宙中取水，上述方案可能只夠解決問題的一小部分而已。

首先，小行星雖然名字裡帶個"小"字，但與人類能製造的太空飛行器相比，多數都是"巨無霸"。要想找到十幾米、幾十米尺寸的含水小行星，恐怕不容易。小行星是按照自己軌道運行的，不一定存在於方便人類開發的地方，要想把它拖到理想的軌道上，要消耗的能量非常巨大。如果被迫開發大型的近地小行星，可能還要開發出在宇宙裡鑿巖的技術。

宇宙中擁有水的小行星不只有地球

另外，如果小行星的巖石成分中包括了有毒有害成分怎麼辦？帶有輻射性怎麼辦？這都需要對水進行精密的處理後，才能用於人類生活。

至於在月球和火星表面怎麼開採水，恐怕原理也差不多。區別在於怎麼提供燒烤用的能量。月球表面的陽光比較強烈，直接用反射鏡是有可能的，而火星就不一樣了，它不但距離太陽更遠，而且有大氣層阻隔。有時候，火星上還會發生強烈的風暴，遮天蔽日。所以，在火星上建立核電站來發電燒烤，或許更可行一些。

走向深空的橋梁

一切都是為了預算

最後說說一個奇怪的現象，既然科學家很早就知道外星球上有水，而且一直都在研究水資源開發的手段，那麼"月球表面有水"為什麼又上了新聞，還成了熱點了呢？

其實，回顧航天新聞史，會發現美國宇航局過段時間就會放出類似的新聞，讓人感覺到星際時代距離我們已經不遠了。這是一種宣傳和籌款的手段，製造社會輿論，讓國會在撥款時，能夠對星際探索項目更大方一點，特別是對載人火星項目"高抬貴手"。

在西方的政治體制下，如果一件事在自己有生之年無法看到成功，政客們不太會拿出遠見卓識來投票通過。所以，美國宇航局有必要把地月空間乃至載人火星"包裝"成一套難度沒那麼大的項目。

其實，美國宇航局形成這樣的行為模式，也不是完全拍腦袋想出來的。早在阿波羅計劃時期，項目從提出到國會通過、總統批准，只用了很短的時間。而且 10 年之內，美國宇航局就把登陸月球這件事給實現了。

後來，國際空間站項目的成功進一步堅定了美國宇航局"搞大事"的想法，希望藉此真的能建立一個地月空間的持續運行載人航天體系，甚至建立火星基地。

這次所強調的光照表面有水，潛臺詞是在說，在月球朝向地球、又可以靠太陽能發電的區域，建立長期有人值守月球基地的條件，比此前更加成熟一步了。這在很大程度上是為重返月球的"阿爾忒彌斯"的後續工程做一個很好的鋪墊。

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來源： 中國航天報微信公眾號