NASA宣布：月球表面首次證實有水存在。
在美國東部時間周一下午的新聞發(fā)布會上公布了這一重大新發(fā)現(xiàn)。這一發(fā)現(xiàn)表明，水可能分布在月球表面，而不僅僅局限于寒冷、陰影籠罩的地區(qū)。
美國宇航局的平流層紅外天文觀測臺(Sofia)在月球南半球的一個隕石坑中發(fā)現(xiàn)了水分子(H2O)。發(fā)現(xiàn)在太陽炙烤的月球土壤中，以及在小而黑暗的隕石坑中，都有水的跡象。這個隕石坑很大，從地球上都能看到。
Artist’s concept of NASA astronauts prospecting for water ice near the lunar south pole. Credit: NASA
在人類探索太空時代的大部分時間里，月球一直被認(rèn)為是一個沒有水的世界。
然而，近年來，持續(xù)不斷的發(fā)現(xiàn)表明，至少月球的某些部分——比如月球兩極巨大的、永久被陰影籠罩的隕石坑——含有大量的水。本周，發(fā)表在《自然天文學(xué)》雜志上的兩項新研究讓人們對一個意想不到的水月亮的前景有了更多的認(rèn)識。
（對話本公眾號回復(fù)：月球，即可或者本篇論文全文pdf）
在《自然天文學(xué)》上發(fā)表的另一項研究中，研究人員表示，月球上隱藏的水塊可能比之前認(rèn)為的更為普遍。研究人員認(rèn)為，在某些情況下，小塊的冰可能存在于不到一便士大的永久陰影中。月球表面大約有4萬平方公里的面積具有蓄水的能力?！坝詈絾T可能不需要進(jìn)入這些很深的黑暗陰影?！八麄兛梢运奶幾邉樱业揭粋€一米寬的，很可能有冰的地方。
“現(xiàn)在我們知道它就在那里。'
水——我們熟悉的水——可能存在于月球被陽光照射的那一面。
“如果沒有厚厚的大氣層，陽光照射下的月球表面上的水應(yīng)該會消失在太空中。“但我們還是看到了它。一定是什么東西在產(chǎn)生水，一定是什么東西把水困住了?！?/span>
論文作者認(rèn)為，假定的水最有可能儲存在自然形成的火山玻璃中，或者夾在巖石塵埃的微觀顆粒之間。這兩種情況都可以保護月球免受月球表面極端溫度和接近真空的環(huán)境影響，從而使月球表面的水能夠持續(xù)存在。專家表示，在水的輸送和生成過程中，可能有幾種力量在起作用。攜帶少量水的微隕石如雨點般落在月球表面，會在撞擊時將水沉積在月球表面。
一種可能性是，太陽的太陽風(fēng)將氫氣輸送到月球表面，并與土壤中的含氧礦物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生羥基。與此同時，來自微隕石轟擊的輻射可能會將羥基轉(zhuǎn)化為水。它補充說，這些水可能會被困在土壤中的微小珠狀結(jié)構(gòu)中，這些結(jié)構(gòu)是由微隕石撞擊產(chǎn)生的高熱量形成的。
另一種可能性是，它可能隱藏在月球土壤顆粒之間，不受陽光照射——這可能使它比困在珠狀結(jié)構(gòu)中的水更容易接近。
至于水最初是如何到達(dá)月球的，沒有人能確定，但最主要的解釋是，水可能是由微隕石撞擊月球巖石釋放出的自由氧和氫形成的。
NASA’s Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy (SOFIA) is shown airborne with the sliding door over its 17-metric-ton infrared telescope wide open. Credit: NASA and Jim Ross
從美國宇航局平流層紅外天文觀測臺(SOFIA)收集的數(shù)據(jù)中，首次發(fā)現(xiàn)了月球上存在水的跡象。這架改裝過的波音747SP噴氣式飛機為其2.7米高的望遠(yuǎn)鏡提供了99%以上的大氣模糊水蒸汽的視角——這是一種獨特的能力，允許在不使用天基設(shè)備的情況下進(jìn)行敏捷的紅外觀測。在索菲亞望遠(yuǎn)鏡(Forcast)上使用其微弱物體紅外照相機，它能夠捕捉到水分子特有的波長，6.1微米，并在陽光充足的克拉維烏斯隕石坑發(fā)現(xiàn)了令人驚訝的濃度。
利用索菲亞飛船上的紅外儀器對受陽光照射的月球表面進(jìn)行了研究。這次觀測僅持續(xù)了10分鐘，聚焦在靠近月球巨大的克拉維烏斯隕石坑附近的高緯度地區(qū)，發(fā)現(xiàn)了隕石坑及其周圍地貌發(fā)出的波長為6微米的強烈紅外輻射。由于受到太陽的加熱，月球表面的某些東西重新發(fā)射吸收的輻射，就像水分子平原 H?O一樣。先前對月球表面的觀察發(fā)現(xiàn)了某種形式的氫，但無法區(qū)分它是水還是它的化學(xué)近親羥基(OH)。研究人員發(fā)現(xiàn)，水的濃度為百萬分之100到百萬分之412——大致相當(dāng)于一瓶12盎司的水——被困在一立方米遍布月球表面的土壤中。
作為對比，撒哈拉沙漠的含水量是索菲亞在月球土壤中檢測到的100倍。
SMALL SHADOWS, IMMENSE POSSIBILITIES
小小的陰影，無限的可能
對于NASA和其他太空機構(gòu)來說，這個時機非常合適，現(xiàn)在正計劃著雄心勃勃的人類探月任務(wù)，甚至是定居。畢竟，哪里有水，哪里就有生命——即使生命仍然需要太空服和抗輻射的棲息地。
根據(jù)美國宇航局的阿爾特彌斯(Artemis)項目，該機構(gòu)迫切希望在2024年將第一個女性和下一個男性送上月球表面之前，盡可能了解月球上是否存在水，并在這十年結(jié)束前在那里建立一個可持續(xù)的人類存在。
最終，月球水作為一種資源的開發(fā)可能會引發(fā)整個地外經(jīng)濟，這種物質(zhì)將成為火箭燃料和其他寶貴的消耗品的利潤豐厚的原料。
“月球上有水的發(fā)現(xiàn)重塑了我們對最近天體鄰居的認(rèn)識，今天的宣布將把我們的理解提升到一個新的水平。”“使用少量的月球自然資源可以讓宇航員更容易地探索月球，我們希望這些水可以用來在月球表面制造飲用水和火箭燃料。”“這一發(fā)現(xiàn)挑戰(zhàn)了我們對月球表面的理解，并提出了有關(guān)深空探索資源的有趣問題。盡管目前還不清楚獲取水源的難易程度。美國宇航局表示，盡管水的數(shù)量很少，但這一發(fā)現(xiàn)提出了新的問題，即水是如何產(chǎn)生的，以及它是如何在嚴(yán)酷、無空氣的月球表面存在的。基本的化學(xué)原理應(yīng)該允許水分從極干燥的月球物質(zhì)中被擠出。他說:“將含氫風(fēng)化層加熱數(shù)百度，會導(dǎo)致一些氫與硅酸鹽中的氧發(fā)生反應(yīng)，在月球上幾乎任何地方都產(chǎn)生水。”
Oblique view of the sunlit rim of Shackleton, a large, deep crater near the lunar south pole with a permanently shadowed interior that harbors substantial water ice. Credit: NASA, GSFC and Arizona State University
幾十年來，科學(xué)家們一直在研究這類月球區(qū)域的水儲藏潛力，但之前的工作主要集中在月球兩極巨大隕石坑內(nèi)的大型冷阱上。相比之下，最新的結(jié)果將冷阱的尺寸范圍擴大到直徑1厘米。由科羅拉多大學(xué)博爾德分校行星科學(xué)家保羅·海恩領(lǐng)導(dǎo)的團隊通過分析美國宇航局月球勘測軌道飛行器的高分辨率圖像發(fā)現(xiàn)，這種“微型”冷阱比在月球兩極附近經(jīng)過充分研究的大型冷阱要普遍得多。新的計算方法將月球表面容納水的面積提高到大約40000平方公里，這是一個泛月球區(qū)域，合起來將是威爾士的兩倍大。海恩說:“新發(fā)現(xiàn)的微型冷阱是月球上數(shù)量最多的，比之前繪制的冷阱多出數(shù)千倍?！薄?strong>如果它們?nèi)际潜?，這可能是一個相當(dāng)大的數(shù)量，可能超過10億公斤的水。”
需要機器人或宇航員進(jìn)行現(xiàn)場取樣，以正確評估它們實際的冰含量。關(guān)于微型冷阱，真正令人興奮的是，它們更容易獲得，這可能使科學(xué)和探索目的更有效的提取和利用成為可能。事實上，這種微小的潛在冰庫的擴散更容易為未來的任務(wù)所用，因為這些冰庫所在的區(qū)域，沐浴在陽光下的宇航員可以舒適而安全地使用工具進(jìn)入危險的寒冷陰影，挖出任何冰。目前而言，直接測量是最重要的下一步。“現(xiàn)在需要的是接觸月球表面，收集詳細(xì)的地面真相?！币M(jìn)行現(xiàn)有的勘探和資源利用計劃，不僅必須確認(rèn)水冰的存在，而且必須確認(rèn)其形態(tài)、濃度、分布和豐度。
Reference：
https://www.nature.com
https://www.scientificamerican.com/article/water-found-in-sunlight-and-shadow-on-the-moon/
https://www.heraldscotland.com/news/18823141.nasa-moon-announcement-hidden-pockets-water-discovered/
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