美國宇航局新聞:原來月亮上到處都是水

美國宇航局有關月球令人振奮的消息。正如許多人正確猜測的那樣，這一發現與月球表面的水有關。這項新的研究除了提供迄今為止月球上水冰的最佳證據外，還表明這種寶貴的資源散布在月球表面，包括暴露在直射陽光下的區域以及永久陰影下的微小口袋。

今天在《自然天文學》上發表的兩篇論文正在重新定義我們對月球的了解以及其儲存寶貴的自然資源：水的能力。長期以來，科學家一直懷疑冰凍的水存在於月球上，特別是在兩極，但是這項新研究提供了迄今為止最確定的證據，這是由於在月球陽光照射的表面上發現了實際的水分子。這項新的研究還發現了許多被稱為冷阱的陰暗袋，其中可能藏有冷凍水。

從純粹的科學角度來看，月球上存在水冰具有重要意義，但就其如何影響未來登月任務而言，這也很重要。即將到來的NASA Artemis任務的一個重要目標是從南極地區收集和回收水冰，現在看來這比以往任何時候都更有可能。更重要的是，月球上明顯的水量意味著它可以在本地採購，這對於未來的探險家或殖民者來說是個好消息。

以前，在月球南極發現明亮的斑點暗示了這種可能性。來自印度Chandrayaan-1太空飛行器的NASA雷達的數據也表明了這一點，揭示了數十個似乎充滿水冰的小隕石坑。在2016年，水冰的殘留痕跡被認為是月球傾斜軸的證據。

儘管有這些和其他誘人的發現，月球上水分子的實際證據僅限於斑點在3微米處的光譜特徵。這是一個問題，因為在此波長下，科學家無法區分水和羥基結合的礦物質（氫氧化物含有與氫結合的氧）。

為了克服這一限制，科學家從平流層紅外天文臺（SOFIA）進行了月球表面的新測量，這是一種經過改進的高空飛行的波音747超大型噴氣式飛機，配有9英尺長的望遠鏡。使用SOFIA，研究人員在6微米處檢測到光譜水特徵，而其他羥基則不共享。在南部高緯度地區發現了這種水跡，數量在百萬分之100至400之間。根據美國國家航空航天局的新聞稿，將其視為一個大致等於十二盎司瓶裝水的水，這些水分散在立方米的土壤中，稀薄地分布在月球表面。

令人難以置信的是，在陽光直射的地方發現了這種水。根據新的《自然天文學》論文，這是由夏威夷大學馬諾阿分校的行星科學家Casey Honniball合著的，這種水可以裝在散布在月球表面的細小玻璃杯中，或者夾在可以屏蔽水的灰塵顆粒之間從太陽的光芒。

在電子郵件中，德克薩斯州達拉斯行星科學研究所的研究科學家馬修·西格勒說，這是對月球表面水分子的首次「全面」檢測，與之前觀察到的3微米特徵相反對氫氧化物感到困惑。

沒有參與這項新研究的西格勒寫道：「氫氧化物可以從撞在月球上的任何氧氣（例如巖石中所含的氧氣）撞到太陽風質子而形成。」 他說：「水的形成要困難一些，」因此它可能是通過不同的過程發生的，例如古老的月球火山或撞擊小行星和彗星等物體。展望未來的工作，Siegler希望看到更多的SOPHIA數據，或來自任何能夠掃描6微米的儀器的數據，以繪製月球表面水的全部範圍。

月球表面的兩極之一附近，陰影。

齊格勒解釋說：「這些水分子似乎被困在玻璃杯中，而不是游離並在表面彈跳，因此它們可能是相當全局的，不僅在極冷的極性區域。」 「游離水分子需要冷卻到低於開氏溫度110攝氏度[-163攝氏度，-261華氏度]才能保持很長時間，而這些條件僅在冷阱中發生。」

美國國家航空航天局總部人類探索與運營任務部首席探索科學家雅各布·布萊切爾在今天的新聞發布會上說，科學家將需要確定這種水的穩定程度，以及隨著時間的流逝會損失多少水。華盛頓國家航空航天局總部的地球物理部門主任保羅·赫茲（Paul Hertz）說，這一發現「引發了關於這種水是如何產生的以及如何在月球表面上持久存在的問題。」 科學家們想知道太空人如何獲得這種水，如何影響月塵的化學成分，以及是否會對諸如鑽頭之類的設備產生影響。

除了可能被水困在玻璃中或被灰塵遮蓋的水之外，今天的啟示還包括凍結的水可能散布在整個月球的小藏身之處。在今天發表在《自然天文學》上的第二篇論文中，科羅拉多大學博爾德分校的保羅·海恩（Paul Hayne）領導的研究人員報告說，月球上隱藏的水囊比以前懷疑的要普遍得多。這些陷阱被稱為冷阱，是永久在黑暗中鑄造的表面特殊斑點，有可能使水冰長期保存。

「如果您能想像站在月球表面的兩極之一附近，那麼您會在整個地方看到陰影，」海恩在UC-B新聞稿中解釋說。「許多微小的陰影中可能充滿了冰。」

以沙克爾頓隕石坑為例，該隕石坑的寬度為13英裡（21公裡），深度為幾英裡。隕石坑的部分傾斜，使內部零件始終處於陰影下，溫度穩定在-300華氏度（-184攝氏度）左右。

這項研究表明，月球兩極附近的小型冷阱數量驚人，佔月面的15400平方英裡（40,000平方公裡）。大約60％的冷阱位於南極地區附近。先前的研究表明，冷阱佔月房地產面積7,000平方英裡（18,100平方公裡），而新的估算值顯著提高了這一數字。

研究人員在研究中寫道：「我們的結果表明，被困在月球兩極的水可能比以前認為的更廣泛地分布和作為未來任務的資源而獲得。」

重要的是，這些地方能夠儲存水，而能力是關鍵詞。新論文實際上沒有提供這些黑暗口袋中存在水冰的證據。

齊格勒說，這些冷阱中的任何潛在水都來自諸如彗星，小行星，月球火山或太陽風引起的化學反應等來源，但它們也可能源於玻璃中發現的分子釋放（有可能被提及）。在《 Honniball》論文中）。西格勒說，這些玻璃是由撞擊產生的熱量所產生的，「基本上引入了潛在的新全球儲藏庫」。

正如這些論文所暗示的那樣，月球比我們意識到的是一個更好的儲水場所。這對登月任務具有重大意義，因為月球探險者有可能在當地取水（從地球上運送大量東西非常繁重）。目前尚不清楚從月球表面實際收集水冰有多容易，但是新的研究應該使我們感到樂觀。齊格勒指出，這種冰可以產生飲用水，但也可以用來生產火箭燃料。

他解釋說：「如果水真的很普遍，即使非常膚淺並被玻璃所困，您可以想像'帶狀開採'月球表面的水可能是更可行的事情，不是我提倡剝離月球。」 。「但是，如果您在月球上想要馬提尼酒或飲用水，或者想為標準液氫，液氧火箭加油，則水非常有用。」

他補充說：「將水從地球引力引到地球外確實很昂貴，因此在月球上放水會使月球探測便宜得多，並使太空加油變得可行。」

對於Artemis III任務而言，這是一個好消息，因為它可以看到2024年男女登陸月球，因為這意味著他們有很大的機會實現在南極地區尋找水的目標。讓尋寶開始吧！