錢小龍

看到標(biāo)題，是否有讀者會(huì)想到動(dòng)漫《美少女戰(zhàn)士》里那個(gè)可以變身為月亮的主人公“水冰月”呢？當(dāng)然，本文要介紹的可不是那位敢于和邪惡黑暗勢(shì)力戰(zhàn)斗的動(dòng)漫人物。那標(biāo)題里為什么用上她的名字？聰明的你也許已經(jīng)猜出一二了。早在20世紀(jì)60年代，科學(xué)家們就推測(cè)，在月球兩極的隕石坑內(nèi)，可能有一些死角數(shù)億年來都沒見過陽光，這些永久陰影區(qū)域說不定能有水冰的殘留，但這僅僅是猜測(cè)。近年來，許多探測(cè)任務(wù)也發(fā)現(xiàn)月球表面存在水或水冰的跡象，但一直沒有找到確鑿的證據(jù)?，F(xiàn)在，這個(gè)懸而未決的疑團(tuán)終于塵埃落定。到底是怎么回事呢？

半個(gè)世紀(jì)的“天文懸案”：月亮表面是否有水

1994年，當(dāng)美國的“克萊門汀號(hào)”航天器發(fā)回?cái)?shù)據(jù)，暗示月球表面可能存在水冰時(shí)，它再次激起了人們?cè)谠虑虮砻嫣綄に嫩欅E的愿望。但記錄下來的測(cè)量結(jié)果存在誤判，不能作為月表有水的確切證據(jù)。

1998年，美國發(fā)射了“月球勘探者號(hào)”探測(cè)器，它搭載的中子光譜儀在月球極區(qū)探測(cè)到了富集的氫。不過，這既可能是水冰，也可能是任何含有氫的物質(zhì)——如礦物中含有的水，或者是結(jié)構(gòu)水，因而仍然無法準(zhǔn)確判斷到底是哪一種。

2009年，印度航天局發(fā)射的“月船1號(hào)”據(jù)說就已經(jīng)找到了月球上可能有冰的證據(jù)，但那時(shí)認(rèn)為冰不一定在表層，探測(cè)到的可能只是月球灰塵顆粒和水的結(jié)合物。

現(xiàn)在，這個(gè)懸而未決的疑團(tuán)終于塵埃落定。2018年8月21日，美國夏威夷大學(xué)地球物理與行星研究所研究員李帥帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊(duì)在《美國科學(xué)院院報(bào)》上發(fā)表研究報(bào)告稱，他們重新分析了繞月探測(cè)器“月船1號(hào)”搭載的“月球礦源繪圖儀”所測(cè)到的光譜數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)了固態(tài)水冰的近紅外吸收光譜的3個(gè)顯著吸收特征，證明那就是月球上的水冰，這些水冰分布于月球兩極黑暗和寒冷的隕石坑區(qū)域。這是科學(xué)家首次在月球表面的隕石坑內(nèi)找到水冰，該發(fā)現(xiàn)對(duì)未來人類進(jìn)行月球探測(cè)乃至太空探索都具有非凡的意義。

開啟塵封的數(shù)據(jù)寶藏：月球水冰發(fā)現(xiàn)之旅

說到這次科研團(tuán)隊(duì)是如何發(fā)現(xiàn)月球極地水冰的，還要從“月船1號(hào)”和它的搭檔“月球礦源繪圖儀”說起。

“月船1號(hào)”是印度研制的首個(gè)繞月探測(cè)器，2008年10月22日發(fā)射升空，原計(jì)劃繞月運(yùn)行2年，但由于發(fā)射后遭遇多次故障，2009年8月29日，印度地面站便與“月船1號(hào)”失去了聯(lián)系，“月船1號(hào)”正常運(yùn)行也就不到1年的時(shí)間。

而搭載在“月船1號(hào)”上的月球礦源繪圖儀（以下簡稱M3），是一款成像光譜儀，這款光譜儀負(fù)責(zé)收集月球表面不同部分反射近紅外光的數(shù)據(jù)，其作用主要是在可見光及近紅外光范圍內(nèi)識(shí)別月球表面的礦物特征。M3識(shí)別月表礦物的基本原理，就是每種礦物會(huì)在某個(gè)波長的反射光中對(duì)應(yīng)一個(gè)最低的反射率（也可以稱為“吸收特征”），科學(xué)家們由此可以精確地確定，以這種方式測(cè)試過的月球表面上能發(fā)現(xiàn)何種化學(xué)物質(zhì)。

2009年“月船1號(hào)”任務(wù)結(jié)束后，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，“月船1號(hào)”M3數(shù)據(jù)的質(zhì)量并不好，尤其是來自那些光照極少的南北極陰影區(qū)的數(shù)據(jù)。漸漸地，尋找月球水冰的科學(xué)家們放棄了對(duì)M3數(shù)據(jù)的分析和研究。

令人意外的是，李帥帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊(duì)恰恰是從這批質(zhì)量如此不盡如人意的數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)月球水冰的，那么，他們是如何做到的呢？

原來，M3的反射光譜數(shù)據(jù)雖然無法區(qū)分到3100納米附近不同形態(tài)的水，但水冰在M3的探測(cè)波段范圍（0.46—2.98微米）內(nèi)還有3個(gè)顯著的“吸收特征”，分別在1.3、1.5和2.0微米處，李帥團(tuán)隊(duì)就是通過這3處“吸收特征”來判定陰影區(qū)中有沒有水冰存在的。研究人員發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)室純凈水冰在波長為1.3、1.5、2.0微米的反射光中各出現(xiàn)1個(gè)顯著的“吸收特征”，對(duì)應(yīng)形成反射率的3個(gè)低谷區(qū)域;而月球無水區(qū)域則不會(huì)有吸收，也不會(huì)形成反射率的低谷區(qū)域。

通過對(duì)低質(zhì)量的M3觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行巧妙處理和對(duì)處理結(jié)果的充分驗(yàn)證之后，李帥團(tuán)隊(duì)最終確認(rèn)在月球南北緯70°以上的永久陰影區(qū)中發(fā)現(xiàn)了多處含有水冰的區(qū)域。

研究團(tuán)隊(duì)指出，這些水冰沉積物位于月球極地隕石坑的永久陰影中，由于月球旋轉(zhuǎn)軸的傾斜非常小，陽光永遠(yuǎn)照射不到的這些區(qū)域溫度不高于-163℃，在此溫度下形成的水冰可以長期保存。如果月球極地表面擁有足夠的水冰，那么，這些水冰可服務(wù)于未來的月球探險(xiǎn)甚至月球居留，因?yàn)橄啾戎拢砻娴谋仍卤硐碌乃菀撰@得。

此次發(fā)現(xiàn)還顯示，月球南北極水冰的分布并不均勻，而且可能還非常古老。在月球南極，多數(shù)水冰集中在寒冷又黑暗的隕石坑中。在月球北極，水冰的分布則較為廣泛和稀疏。然而，這些水冰到底來自哪里？如何形成？這依然是個(gè)未解之謎。

“水冰月”的未來

要深入了解月球上水資源的具體情況，人類還有許多工作要做。科研團(tuán)隊(duì)表示，為了真正了解水冰的起源，下一步還需要一個(gè)月球車或者著陸器登陸月球，對(duì)月球兩極地區(qū)的水冰進(jìn)行實(shí)地采樣，來測(cè)量這些水冰的同位素信息，以確定它們的來源，并通過鉆探來確定深度以估算其含量。此外，還需要一個(gè)新的軌道衛(wèi)星來對(duì)月球極地加以研究，填補(bǔ)對(duì)月球極地的認(rèn)知空白。

此外，月球出現(xiàn)水的現(xiàn)象也不免讓人聯(lián)想到月球上是否有生命存在。雖然月球上沒有空氣，但外星生物不一定與地球的生命體系相同，在地球只要有水就會(huì)有生命，而月球上有水有冰，那么理論上應(yīng)該也是有生命的存在，或許在月球的兩極生存著一種耐寒的暗黑生物也是有可能的。

還有研究者認(rèn)為，由于月球的低引力環(huán)境，水冰甚至可以讓月球成為人類開展深度太空探索的“加油站”和“中繼站”，或作為勘探太陽系其他星球的任務(wù)基地，宇宙飛船可以在上面進(jìn)行休整和補(bǔ)充能源，然后飛向更遙遠(yuǎn)的深空。小讀者們，你們認(rèn)為呢？