众所周知，月球是太阳系中的第五大卫星，月表的大气非常稀薄，可以说几乎没有大气。夜晚时大气密度只有大约2x105/立方厘米，其主要成分是氖、氢、氦和氩。正是由于月球缺乏大气，其白天温度高达127摄氏度，夜间则降到零下183摄氏度。作为地球唯一的天然卫星，自古以来人们对它充满了无限的憧憬与向往。
在许多的科幻作品中都提到，未来人类移民到月球上生活。作为碳基生物，水是人类生存必不可少的要素，人类能否在月球上生存，关键在于月球上是否有水。在1994年美国克莱门汀号月球探测器到达月球之前，人们一直认为月面上不可能有水。
1994年1月21日，美国发射了克莱门汀号探测器。该探测器在对月球南极进行探测时，首次发现月球南极可能存在水的直接证据。事实上，这是一次搭车之旅，美国军方为这个探测项目出资，主要目的是为了测试可能用于反导弹系统的一些技术，探测月球只是捎带的次要任务。结果，克莱门汀号给科学界带来了一个令人振奋的消息，它不仅绘制了月面图，而且发现月球的南极地区可能存在冰冻水。根据报道，克莱门汀号探测器在月球的南极附近发现，月球南极艾肯大盆地里有厚约几米的冰淤泥混合在一起的冻土。艾肯盆地直径约为2500千米，深达13千米，月球南极位于该盆地边缘，大部分为永久阴影区，即太阳光永远照射不到的地区。
1998年1月7日，美国又发射了月球勘探者号探测器，主要是寻找月球上是否有冰湖的踪影。月球勘探者号环绕月球飞行了一年，最近时距离月面仅10千米。在飞行中拍下了几张图片，图片显示了冰湖存在的可能性。月球勘探者号的感应器证实了克莱门汀号的发现：艾肯盆地存在着水冰，它们冰冻于月球的岩石或缝隙中，与人们在地球北极发现的情形类似。根据月球勘探者号发回的数据推测，月球上水的储量可能在1100万吨至3.3亿吨之多。
1998年3月5日，美国航天局向全球发布了一条特大新闻：月球勘探者号探测器发现月球两极存在大量冰冻水，其储量约为0.1亿吨到3.3亿吨，它们分布在月球北极近5万平方千米和南极近2万平方千米的范围内。有人提出，如果月球陨石坑底部土壤水层非常深厚，那么月球上的水资源储量最终有可能达到13亿吨。后来，还有人估计月球上的水资源储量约为100亿吨！月球勘探者号首席分析家艾伦.宾得博士欣喜若狂地说：“我们在月球上找到了水！”他认为，这一发现证实在过去几十亿年里，冰彗星和冰陨石袭击月球时，把冰留在了月球上。
月球上的水资源第一次被证实，这一振奋人心的消息的确可以令科学家们欣喜若狂，一时在全世界也产生了强烈反响！因为这一发现对于人类在下个世纪建立永久性月球基地具有里程碑式的重大意义。有人推算，即使月球上的水只有3300万吨，也可以供2000人在月球上生活100年。如果从地球将这3300万吨水运往月球，至少要耗资60万亿美元。
不过，人们还是不能过于乐观的。必须特别指出的是，月球勘探者号完成绕月探测使命后，高速撞向了月球可能存在水冰的区域，以便通过巨大撞击能量产生水汽云，以进一步证明水冰的存在。遗憾的是，最终地面和太空中的望远镜都没有观测到期待的水汽云。尽管结果如此，科学家们还是认为在月球两极附近环形山的土壤深层存在着某种形态的冰，至少在月球两极地区深处存在着一些小冰晶。
在月球两极地区，照射到月球表面的太阳光线与水平面的夹角不超过2度，这样就使得大片区域被长长的阴影遮盖，永久地处于黑暗之中。当飘荡在空中的水分子达到这些地方时，立即就在摄氏零下225度的低温环境下凝结成固态。曾有人猜想，如果历史上曾有冰彗星撞击到这些地方，那里很可能会留下一些水冰。2004年，由美国史密森学会与地球行星研究中心Bruce A.Campbell领导的阿雷西博研究小组，采用70厘米波长的射电波来探测月球表面之下水的踪迹，据说探测深度可达到所有先前研究的5倍。科学家对所看到的较强的射电波反射的含义存在很大争议，即它可能是存在厚冰块的证据，也可能是来自典型的环形山倾斜、崎岖地形的反射。
争议不大的是1998年公布的月球勘探者号在月球两极的黑暗地区探测到大量明显的氢元素，估计是来自于水。但是这些初期调查只探测到月球表面土壤中一两米的深度。Campbell领导的研究小组利用阿雷西博射电望远镜探测了月球北极地区的几个小环形山以及位于南极的Shoemaker和Faustini环形山，射电波可深入到月球表面以下5米多，但天文台只检测到很弱的雷达反射波，研究人员得出结论，认为电波遇到的肯定只是月球的岩石和尘土，因而才将电波大部分吸收了。Campbell承认，他对于没有找到厚冰块感到非常失望，但同时指出，他们的探测结果绝不是意味着月球上没有水。他解释说，如果月球土壤成分中冰晶的常见体积只有高尔夫球般大小，雷达便探测不到它们。问题在于，这些冰晶也许只有雪片大小或者更小，与挖掘大冰块相比，从其他月球物质中提取这些小冰晶要困难得多而且代价昂贵。
2009年10月9日，美国航天局的半人马座火箭和月球坑观测与传感卫星到达月球南极附近月球坑密布的一处指定地点上空。依照美国航天局原先设想，先使用重2.2吨的半人马座火箭以9000公里时速撞向常年背阴的凯布斯月球坑，而后使用尾随火箭其后的月球坑观测与传感卫星捕捉撞击画面，分析撞击扬起的尘埃成分，并在月球坑观测与传感卫星撞击月球坑之前发回相关数据。凯布斯月球坑直径约100公里，中心最凹处深3.2公里。受撞击后，形成直径20米至30米的大坑。半人马座火箭撞月后激起了两部分尘埃：一部分由蒸汽和微尘组成；另一部分由质量更重的物质组成。月球坑观测与传感卫星顺利捕捉到相关画面并按时传回数据，4分钟后，同样撞毁在凯布斯月球坑。历时一个月的数据分析之后，科学家兴奋地得出结论：月球有水。
月球在人类开发太空的活动中具有特殊的地位。它不仅是人类探测太阳系和其他行星最理想的中转基地，而且还蕴藏着丰富的资源，例如月球土壤里存在的氦-3就是地球上十分难得的核燃料，将来如果能开采利用，可满足全世界几百年甚至上千年的能源需求。此外，月球还是理想的光学天文、射电天文、引力波物理和中微子物理等学科的试验和观测基地。总之，随着月球被证实有水存在，人类在月球上建立基地的愿望终将实现。
出品：科普中国
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