印度太空研究机构的“月船一号（Chandrayaan-1）”环月轨道器艺术图，它在2008年到2009年间绕月工作。根据NASA搭载的月球矿物质绘图仪的一份新的数据，分析显示月球极地附近黑暗的陨石坑中存在暴露的水冰。 @ NASA/Indian Space Research Organization
曾经人们印象中干燥、荒凉的月球可能是湿润的。
来自印度太空研究机构2008年到2009年间绕月运行的“月船一号”航天器的分析数据，为研究者们争论的“月球表面（是否）有水冰暴露”提供了关键证据。NASA搭载在该航天器上的月球矿物质绘图仪（M3）所采集的数据，几乎都证实了早期任务中得到的初步结论，即月球极地附近陨石坑的阴影中蕴藏着水冰。这些水冰不仅能为将来的月球开发提供资源，还有助于了解月球早期未知的历史。相关研究结果发表在本月20号（2018/8/20）的美国国家科学院院刊中。
基于M3对月球两极附周围近红外光谱吸收特性的测量结果，该研究的作者推断水冰仅暴露在陨石坑阴影附近约3.5%的区域内，并掺杂了大量月尘。如此小而不均匀的覆盖面积意味着，月球上水冰的历史与同样没有大气的岩质星球（比如水星和矮行星Ceres）上的完全不同，后者陨石坑阴影中蕴藏的水冰更丰富而且纯度更高。
“十年磨一剑”
李帅（音译），该研究的通讯作者同时也是Mnoa夏威夷大学的一位行星科学家,他表示，“在我们的研究以前还没有证据表明月球表面存在水冰。”地球雷达对月球两极区域为期数十年的扫描结果及绕月轨道器传回的信息都是模糊不清的。他说这次也一样，NASA搭载在绕月勘探轨道飞行器上的设备仍然无法直接而准确地探测到水冰的存在。他同时强调道，事实上过去对月球上存在水的种种宣称都不过是在月球表面探测到了富氢且极干燥的矿物。
他补充道，同样地，NASA虽然在2009年的 “月球陨石坑观测和传感卫星（LCROSS）”项目中确实发现了水存在的迹象，但它却并不能证实利用传感器撞击月球南极附近Cabeus陨石坑的沉积阴影区所检测到的水就是来自地表的水冰。李 表示，“LCROSS确实是一个了不起的项目……。但其中月表存在水冰的结论是基于模型间接得到的。此外，在（月球）南极也只有这一组数据点。”反观M3的数据，它得到的“非常独特”的水的光谱特征确证无疑地说明了月球极地附近陨石坑表面水冰的存在。
伦敦大学伯贝克学院的行星科学家Ian Crawford没有参与该研究，他表示“结果很令我信服。”
李和其他研究员表示，现在我们已经知道这些水冰就在月球表面，未来很容易用作探索开发的燃料并维持前哨站（运作）。这些冰被融化并提纯后可作为饮用水，也可以分解出其组分——氢和氧来生产可呼吸的空气和火箭推进剂。
（已发现的水冰）仅是一层冰冻的薄板呢，还是冰山一角？
然而，在任何一种水被开发利用以前，科学家们总是倾向于先搞清楚其储量，以及它是如何出现在那儿的。
根据NASA Ames研究中心LCROSS项目的负责人Anthony Colaprete的说法，冰层的组分是洞悉其来历的关键，“如果测量没有误差的话，这些水冰的冰层间将因为持续的水流而处于不平衡状态。”若是像水星两极陨石坑中的水冰那样也有着更一致的组分，那就说明它们可能来自含水彗星和小行星的周期性撞击。
但如果月球两极附近的水冰并非来自于近代周期性地（小行星）撞击，那又会是从哪儿来的呢？Colaprete认为，“（这些水冰）有可能来自一个远古的‘储水池’，”考虑到月球拥有超过45亿年的历史，很难说不会有那么一个时期，因为火山爆发喷出的气体和剧烈的（小行星）撞击而在月球上短暂地创造出一个温暖、潮湿环境。任何在当时存留下来的水冰，都有可能在随后的撞击和太阳辐射中被搅动、混合并扩散到地表。
在李和其合作者的论文中提到，冰层组分可能和一种叫做“真极移”的理论现象有关，即月球旋转轴的方向在过去很长一段时期内发生过变化。在这一理论下，暴露在（月球）表面的水冰组分可能和该时期内月球极移改变陨石坑在光照下的暴露水平的方式密切相关。
限于其来源的诸多不确定性和M3有限的观测数据，Colaprete认为目前还无法得知月球极地附近陨石坑中的水冰储量。“M3的波长仅能探测到距地表10微米左右的深度，因此（已经发现的）这些水也许只是100微米厚的霜层——但也不排除它可能是‘冰山一角’。”
Crawford表示，现在急需低轨卫星来绘制高分辨率地图，后者将利用中子能谱探测地表深层，以及着陆器来采集样本。
信服该理论的团体
“当李帅第一次向我说明他打算用M3元数据开展的工作时，我认定他是疯了，”布朗大学行星科学家、M3的项目负责人Carle Pieters坦言，同样她也没有参与李的研究。她表示，虽然李所做的工作原理上可行，但鉴于M3的元数据在反映月球模糊的极地区域方面相当不可信，多数研究者已经放弃从中挖掘水冰的信息。李和他的团队则综合利用多个独立的统计数据解决了这一问题，并解释了数据中反映的水冰迹象并非巧合，而是真实可信的。
Pieters告诉我们，“这些年来，我已经逐渐学会不去劝诫一位聪明而积极努力的年轻科学家，说真正困难的事情是做不到的。（因为）这并非放之四海而皆准的论调——就像现在——我为此（指李和李的团队做出的发现）兴奋不已。他们（的工作）确确实实使我相信月球极地阴影中存在水冰。”
文章来源：
https://www.scientificamerican.com/article/beyond-the-shadow-of-a-doubt-water-ice-exists-on-the-moon/
作者：Leonard David
翻译：张宇哲
审校：董子晨曦
本文来自：环球科学
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