尹懷勤

美國(guó)宇航局11月13日宣布，科學(xué)家對(duì)月球坑觀測(cè)和傳感衛(wèi)星獲得的撞月數(shù)據(jù)進(jìn)行初步分析后確認(rèn)：月球存在水。半人馬座火箭、月球坑觀測(cè)和傳感衛(wèi)星10月9日曾相繼撞擊了月球南極附近的凱布斯坑，重約2，2噸的半人馬座火箭撞月后掀起了兩部分塵埃：一部分由蒸汽和微塵組成；另一部分由質(zhì)量更重的物質(zhì)組成。月球坑觀測(cè)和傳感衛(wèi)星攜帶的光譜儀對(duì)塵埃進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)兩部分塵埃中都存在水的蹤跡。其實(shí)此前的9月24日，根據(jù)對(duì)印度首顆探月衛(wèi)星“月船1號(hào)”傳回的數(shù)據(jù)進(jìn)行的研究分析，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)月球表面存在水和羥基，相關(guān)報(bào)告已發(fā)表在《科學(xué)》雜志上。這是人類自1959年1月2日開始發(fā)射航天器對(duì)月球進(jìn)行探測(cè)以來(lái)，首次確認(rèn)月面有水。這對(duì)今后開發(fā)和利用月球資源具有重要意義。

在月球上找水，一直是航天探月活動(dòng)非常關(guān)注的一個(gè)重點(diǎn)問(wèn)題。以前主要在月球隕石坑內(nèi)尋找，一直未獲結(jié)果。最近發(fā)現(xiàn)的月球之水，并不是隕石坑底部的地下水，也不是被土壤吸收的水，而是普遍存在的附著在月球土壤表層的水。這一發(fā)現(xiàn)是根據(jù)“月船1號(hào)”所攜帶的美國(guó)宇航局研制的“月球礦物質(zhì)繪圖儀”(The Moon Mineralogy Mapper)，簡(jiǎn)稱M³提供的數(shù)據(jù)資料而得出的。

M³是利用光譜掃描的方式來(lái)開展探測(cè)工作的。月球上沒(méi)有大氣層和云霧，太陽(yáng)光能夠完全照射到月面上，M³在繞月運(yùn)行過(guò)程中，可對(duì)月面反射太陽(yáng)光的情況進(jìn)行追蹤掃描分析，從獲得的數(shù)據(jù)即能判斷月球土壤中的物質(zhì)元素成分。由于每種元素吸收的光波波長(zhǎng)是事先知道的，故當(dāng)某一波長(zhǎng)的光波未被反射或反射很少時(shí)，即可推知相應(yīng)的元素就存儲(chǔ)在月面上。換句話說(shuō)，如果在M³的探測(cè)數(shù)據(jù)中找到了達(dá)到吸收峰值的光波波長(zhǎng)，也就等于在月面上找到了與之對(duì)應(yīng)的物質(zhì)。

美國(guó)布朗大學(xué)行星地質(zhì)學(xué)教授卡萊·彼德斯等人正是分析了這一儀器的探測(cè)數(shù)據(jù)后發(fā)現(xiàn)，月球兩極地區(qū)吸收的光波波長(zhǎng)與水分子和羥基吸收的光波波長(zhǎng)一致，才確認(rèn)了月面存在水分子和羥基(氫氧根離子，OH^-)兩種物質(zhì)的。水分子是由1個(gè)氧原子和2個(gè)氫原子組成的，而羥基則是由1個(gè)氧原子和1個(gè)氫原子組成的。

物理學(xué)揭示，盡管電磁波輻射源可分為黑體、灰體和選擇性輻射體三種類型，但是任何物質(zhì)都輻射電磁波。太陽(yáng)光也屬于電磁波。就一種物質(zhì)元素來(lái)講，它輻射和吸收的光波波長(zhǎng)是一樣的。明白了這個(gè)道理，對(duì)關(guān)于發(fā)現(xiàn)月表有水的新聞報(bào)道中的不同表述也就能夠予以正確理解。如。有的消息說(shuō)，“月球礦物質(zhì)繪圖儀”(M³)旨在通過(guò)接收礦物質(zhì)發(fā)出的電磁輻射來(lái)探尋水資源。這里講的物質(zhì)發(fā)出的電磁輻射即物質(zhì)輻射的固定波長(zhǎng)的電磁波，實(shí)際上就是指的物質(zhì)吸收的固定波長(zhǎng)的光波。當(dāng)然，M³不僅能發(fā)現(xiàn)水和羥基，也能發(fā)現(xiàn)其他化學(xué)元素，只是前者屬首次發(fā)現(xiàn)，其意義重大，故特別引人注目，后者以前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，并不新鮮。由于“月船1號(hào)”在極月軌道運(yùn)行，M³每圈掃描月面一定的寬度，最終能將月面覆蓋一遍，每年能全覆蓋月面多次，故能給出月球物質(zhì)的分布圖，這就是將其命名為“月球礦物質(zhì)繪圖儀”的緣由。

關(guān)于月球表面水和羥基的來(lái)源，科學(xué)家們分析稱，其形成和滯留是一個(gè)持續(xù)進(jìn)行的過(guò)程，有些月表水可能來(lái)自撞擊月球的彗星或小行星，有些可能來(lái)自撞擊事件釋放的困于月表下面的水，但絕大部分則可能來(lái)自太陽(yáng)風(fēng)攜帶的氫原子與月球土壤中的氧原子相結(jié)合形成的水。太陽(yáng)風(fēng)是日冕因高溫膨脹而向外拋出的超高速帶電粒子流，其中主要含有帶正電荷的氫原子。由于地球有大氣層的阻隔和磁場(chǎng)的屏蔽，太陽(yáng)風(fēng)無(wú)法直接到達(dá)地面，而月球缺乏這種保護(hù)，致使太陽(yáng)風(fēng)可直達(dá)月面。在太陽(yáng)風(fēng)的連續(xù)沖擊下，月面巖石的化學(xué)鏈被打破，結(jié)果釋放出氧原子，氧原子與氫原子相遇產(chǎn)生化合作用，就生成了水分子。

雖然發(fā)現(xiàn)月面有水，但是月球還沒(méi)有潮濕到可以孕育生物的地步，那里仍然是個(gè)沒(méi)有生命的世界。彼德斯表示，當(dāng)我們說(shuō)“月球上有水”時(shí)，并不是指湖泊、海洋或者小水洼。實(shí)際上月表水并不多，需要730平方米的土壤才能獲取一口水。

不過(guò)，盡管月表水量很少，但仍有科學(xué)家說(shuō)，如果進(jìn)行大量處理，也許能為未來(lái)的月球居民提供多種資源，如飲用水和火箭燃料。因?yàn)樗煞纸獬蓺錃夂脱鯕?，二者冷卻后可變成液氫和液氧，從而可成為一接觸即可自燃的比沖較高的且無(wú)污染的液體火箭的某種推進(jìn)劑。這種想法能否實(shí)現(xiàn)，從目前掌握的資料來(lái)看尚難斷定，需要對(duì)月球有水情況做更詳細(xì)的了解。從開發(fā)和利用月球資源來(lái)講，如果月球水量能滿足上述要求，就有可能同時(shí)滿足工業(yè)和農(nóng)業(yè)用水之需，其重要作用和長(zhǎng)遠(yuǎn)影響將是更為廣泛的。

由此看來(lái)，進(jìn)一步弄清月表水量和繼續(xù)尋找月球上的新水源仍是今后探月的主要任務(wù)。毋庸置疑，已經(jīng)開展探月的各航天大國(guó)肯定會(huì)在這兩個(gè)方面作出更具針對(duì)性的努力。在探明月表水量方面，除用繞月衛(wèi)星探測(cè)以外，還會(huì)出現(xiàn)月球車在月面進(jìn)行實(shí)地考察，隨之而來(lái)的將是利用采樣返回的方式對(duì)樣本直接進(jìn)行研究，直至人類重返月球在月面進(jìn)行勘察。美國(guó)宇航局計(jì)劃最早于2018年最遲于2020年讓航天員重新登月，在其使命中肯定會(huì)增加探測(cè)月表水量的任務(wù)。也許屆時(shí)才能得出最后的結(jié)論。