月球上的水來(lái)自哪里？

　　最近，美國(guó)研究人員對(duì)阿波羅系列探月飛船帶回的月球土壤樣本進(jìn)行分析后認(rèn)為，月球上存在的水可能來(lái)源于太陽(yáng)風(fēng)，這說明其他一些星球也可能同樣因此而存在水。此一說法再次引起了人們對(duì)月球水及其來(lái)源的關(guān)注。
　　航天探測(cè)發(fā)現(xiàn)月表有水
　　早在2009年，美國(guó)宇航局就曾宣布，科學(xué)家經(jīng)過對(duì)三個(gè)獨(dú)立航天探測(cè)儀器傳回地面的數(shù)據(jù)進(jìn)行研究分析，發(fā)現(xiàn)月球表面存在水和羥基（羥基是由一個(gè)氫原子和一個(gè)氧原子組成的原子團(tuán)，再加上一個(gè)氫原子就變成了水分子）。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。
　　在月球上找水，一直是航天探月活動(dòng)較為關(guān)注的一個(gè)重點(diǎn)問題。以前主要在月球隕石坑內(nèi)尋找，未曾想到首次發(fā)現(xiàn)月球有水，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)最先是根據(jù)印度首顆探月衛(wèi)星“月船1號(hào)”攜帶的美國(guó)科學(xué)儀器提供的數(shù)據(jù)資料而得出的，這臺(tái)儀器就是美國(guó)宇航局研制的“月球礦物質(zhì)繪圖儀”，簡(jiǎn)稱M3。
　　“月球礦物質(zhì)繪圖儀”是利用光譜掃描的方式來(lái)開展探測(cè)工作的。月球上沒有大氣層和云霧，太陽(yáng)光能夠完全照射到月面上，M3在繞月運(yùn)行過程中，可對(duì)月面反射太陽(yáng)光的情況進(jìn)行追蹤掃描，根據(jù)數(shù)據(jù)分析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。當(dāng)然，M3不僅能發(fā)現(xiàn)水和羥基，也能發(fā)現(xiàn)其他物質(zhì)，只是前者屬首次發(fā)現(xiàn)，其意義重大，故特別引人注目。
　　三個(gè)探測(cè)器共同證實(shí)
　　因?yàn)橐郧暗亩啻魏教焯綔y(cè)和12名航天員登月均未在月球表面找到水，人們一直認(rèn)為月球是一個(gè)干燥荒涼的星球，所以科學(xué)家們從M3提供的數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)月面有水之后，最初推測(cè)是該儀器出了故障，給出了錯(cuò)誤的信號(hào)。
　　美國(guó)天文學(xué)家杰茜卡·森夏恩于是想到了其在美國(guó)宇航局“深度撞擊”號(hào)探測(cè)器上安置的一臺(tái)類似M3的儀器?！吧疃茸矒簟碧?hào)是一個(gè)彗星探測(cè)器，它于2005年1月13日被發(fā)射升空，于同年7月3日釋放所攜帶的子探測(cè)器“撞擊者”，使其猛烈撞擊“坦普爾1”號(hào)彗星的彗核。在撞擊過程中，探測(cè)器不僅及時(shí)地對(duì)彗核情況進(jìn)行了探測(cè)，而且還適時(shí)地將獲得的數(shù)據(jù)資料傳回地球。隨后，“深度撞擊”號(hào)飛向第二個(gè)目標(biāo)“哈特利2”號(hào)彗星，拍攝其彗核照片，繼續(xù)執(zhí)行探測(cè)任務(wù)。2009年3月，“深度撞擊”號(hào)曾繞經(jīng)月球，從其安裝的類似M3儀器獲得的探測(cè)數(shù)據(jù)中，科學(xué)家們也找到月球上有水和羥基的信號(hào)。這就基本解除了科學(xué)家原本存在的疑惑。
　　但是科學(xué)家們并未就此止步，他們又回顧了美國(guó)宇航局“卡西尼”號(hào)探測(cè)器的記錄?！翱ㄎ髂帷碧?hào)是1997年10月15日發(fā)射升空的土星探測(cè)器，也裝有類似于M3的科學(xué)儀器。它是沿著借助行星引力以提速的路線奔向土星的，它在飛掠地球期間，也對(duì)月球進(jìn)行了探測(cè)。科學(xué)家們分析“卡西尼”號(hào)當(dāng)時(shí)傳回地面的探月數(shù)據(jù)，從中也發(fā)現(xiàn)了月球有水和羥基。三個(gè)不同的航天器上的三臺(tái)探測(cè)儀器同時(shí)出現(xiàn)同類型故障的概率幾近于零，所以這就證實(shí)了月球上確實(shí)存在水和羥基。
　　根據(jù)“深度撞擊”號(hào)提供的數(shù)據(jù)證實(shí)，月球表面大部分地區(qū)都存在水和羥基的跡象，而不僅僅限于高緯度的兩極地區(qū)。但是，月表水含量非常稀少，在容量為兩升的飲料瓶?jī)?nèi)盛放的月球土壤中，很可能只有一滴水。這相當(dāng)于從1噸重的月表物質(zhì)中僅可以得到1千克的水。水含量遠(yuǎn)沒有達(dá)到可以孕育生物的地步。
　　2009年10月9日，美國(guó)宇航局用一枚重2.2噸的半人馬座火箭和一個(gè)重891千克的牧羊探測(cè)器連續(xù)撞擊月球南極的凱布斯坑，從濺起的坑底物質(zhì)中至少發(fā)現(xiàn)了96升水，此舉揭示了月球南極永久陰影帶里存在水冰。繼而在2010年，美國(guó)宇航局又在月球北極附近發(fā)現(xiàn)了數(shù)十個(gè)含水隕石坑，其中至少蘊(yùn)藏有6億噸水冰。
　　月球表面水的來(lái)源
　　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音速帶電粒子流，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，就生成了水分子或相近的羥基。
　　太陽(yáng)發(fā)射出不間斷的粒子流，致使太陽(yáng)風(fēng)每秒流量達(dá)到100萬(wàn)噸，對(duì)太陽(yáng)這樣質(zhì)量的星體來(lái)說，此一損失微不足道。研究人員表示，太陽(yáng)系中其他一些沒有大氣層、直接暴露于太陽(yáng)風(fēng)的星球，也有類似的產(chǎn)生水的條件，比如距太陽(yáng)最近的水星和一些諸如灶神星的小行星上就可能同樣存在源于太陽(yáng)風(fēng)的水。這一思路為在太陽(yáng)系中其他類似月球這樣的天體尋找水源提供了一條線索或途徑。
　　在發(fā)現(xiàn)月表有水之后，一些科學(xué)家就認(rèn)為，隨著時(shí)間的推移，水分子在月表移動(dòng)，直至被兩極月坑捕獲而結(jié)冰。月坑水如若果真存在幾十億年的話，科學(xué)家就可通過對(duì)它的研究而解開太陽(yáng)系形成之謎。
　　與此同時(shí)，發(fā)現(xiàn)月表有水尤其是月坑有水對(duì)人類開發(fā)和利用月球資源亦有重大意義。如若能在月球上找到大量水冰，就為將來(lái)在月球上建立基地和向月球移民創(chuàng)造基本條件，并可使月球成為探索宇宙的中轉(zhuǎn)站。因?yàn)閮艋蟮乃粌H可供人飲用或滿足工農(nóng)業(yè)用水之需，還能使其分解成氫氣和氧氣，二者冷卻后可變成液氫和液氧，從而能成為液體火箭低溫高能推進(jìn)劑。由于月球引力僅為地球引力的六分之一，故從月球基地上用小型火箭即可發(fā)射大型深空探測(cè)器和宇宙飛船。
　　毋庸置疑，月球找水任務(wù)和研究其來(lái)源的工作還會(huì)繼續(xù)進(jìn)行下去。事實(shí)上，世界航天大國(guó)都有繼續(xù)探月或者派人登月的計(jì)劃安排。歐洲首個(gè)登月航天器項(xiàng)目不久前已經(jīng)啟動(dòng)，并將在2018年進(jìn)行首次登月，目的就是尋找月球上的水源。
　　【責(zé)任編輯】龐