月球有水嗎？

尹懷勤

2013年下半年，“嫦娥三號(hào)”探測器將登陸月球，屆時(shí)，不知道又有多少月球秘密將大白于天下，也許就包括關(guān)于水的困惑。

月球有水嗎？這是一個(gè)困擾我們許久的難解之謎。

航天新發(fā)現(xiàn)：月表有水

早在2009年9月，美國宇航局宣布，經(jīng)過對3個(gè)獨(dú)立航天探測儀器傳回的數(shù)據(jù)研究分析，發(fā)現(xiàn)月球表面存在水和羥基1。這是人類自1959年1月2日開始發(fā)射航天器對月球進(jìn)行探測以來，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)的一個(gè)重點(diǎn)問題。以前主要在月球隕石坑內(nèi)尋找，沒想到，首次發(fā)現(xiàn)月球有水，竟然是附著在月球土壤表層、普遍存在的水。

專家最先是根據(jù)印度首顆探月衛(wèi)星“月船1號(hào)”提供的數(shù)據(jù)分析得出了這個(gè)結(jié)論。這顆探月器載荷了多臺(tái)美歐提供的科學(xué)儀器，其中就包括美國宇航局研制的重要儀器“月球礦物質(zhì)繪圖儀”，即M3。

M3利用光譜掃描的方式來開展探測工作。月球上沒有大氣層和云霧，太陽光能夠直接照射到月面上，M3在繞月運(yùn)行過程中，對月面反射太陽光的情況進(jìn)行追蹤掃描分析，從獲得的數(shù)據(jù)能判斷月球土壤中的物質(zhì)元素成分。也就是說，根據(jù)達(dá)到吸收峰值的光波波長數(shù)值，就可以判斷月面上可能存在的對應(yīng)物質(zhì)。美國專家分析數(shù)據(jù)后發(fā)現(xiàn)，月球兩極地區(qū)吸收的光波波長與水分子和羥基1分子吸收的光波波長相一致，從而確認(rèn)了月面存在水和羥基物質(zhì)。水分子是由一個(gè)氧原子和兩個(gè)氫原子組成的，而羥基1則是由一個(gè)氧原子和一個(gè)氫原子組成的。

三個(gè)探測器共同證實(shí)

以前，多次航天探測和12名航天員登月都沒有在月球表面找到水，所以人們一直認(rèn)為月球是一個(gè)干燥荒涼的星球。以至于研究人員對M3提供的數(shù)據(jù)產(chǎn)生了懷疑，以為儀器出了故障，給出的是錯(cuò)誤信號(hào)。

這時(shí)，研究組成員森夏恩想起，他在美國“深度撞擊”號(hào)探測器上也安置過類似M3的儀器。這顆彗星探測器曾釋放子探測器撞擊過“坦普爾1號(hào)”彗星的彗核，其后又繞經(jīng)月球飛行。于是，研究人員從這臺(tái)儀器上也找到月球上有水和羥基1的信號(hào)。這就基本解除了研究組原本存在的疑惑。

但是，他們沒有就此止步，而是又找到裝有類似M3儀器的“卡西尼”土星探測器的記錄。通過數(shù)據(jù)分析，他們再次發(fā)現(xiàn)了月球有水和羥基1的信息。

不同航天器上的3臺(tái)探測儀器同時(shí)出現(xiàn)同類型故障的概率幾乎為零，所以這就證實(shí)了月球上確實(shí)存在水和羥基物質(zhì)。

2009年10月9日，美國宇航局用一枚重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)中發(fā)現(xiàn)，至少撞出了96升水，此舉揭示了月球南極永久陰影帶里存在水冰。這一堪稱里程碑式的發(fā)現(xiàn)，終于使月球露出了神秘的一面。

在2010年，美國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。

月球表面水的來源

月球表面水和羥基1的來源又是何方呢？

研究人員分析稱，其形成和滯留是一個(gè)持續(xù)進(jìn)行的過程，有些可能來自撞擊月球的彗星或小行星，有些可能來自因?yàn)樽矒舳尫诺睦в谠卤硐旅娴乃?，但絕大部分則可能是太陽風(fēng)的緣故。

太陽風(fēng)是日冕因高溫膨脹而向外拋出的超音速帶電粒子流，其中主要是帶正電荷的氫原子。由于地球有大氣層的阻隔和磁場的屏蔽，太陽風(fēng)無法直接到達(dá)地面，而月球缺乏這種保護(hù)，太陽風(fēng)可直達(dá)月面。在太陽風(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。

2012年10月14日，美國研究人員宣布，他們利用紅外線光譜分析“阿波羅飛船”帶回的3份月球土壤顆粒樣本，結(jié)果顯示，其中所含有的羥基中的氫原子，其同位素比例等特征與太陽風(fēng)中的氫原子相似。羥基物質(zhì)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。這就證實(shí)了前面研究人員的結(jié)論，即月球上發(fā)現(xiàn)的一部分水可能來自太陽，更確切地說是太陽風(fēng)將氫原子攜帶至月球表面，氫原子可以轉(zhuǎn)化為水分子或相近的羥基物質(zhì)。

在確認(rèn)月表有水后，一些研究者進(jìn)一步認(rèn)為，隨著時(shí)間的推移，水分子在月表移動(dòng)，最終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，它就很可能為研究者提供解開太陽系形成之謎的密碼。

此外，發(fā)現(xiàn)月表有水，尤其是月坑有水對人類開發(fā)和利用月球資源亦有重大意義。月坑有水，為將來在月球上建立基地和向月球移民提供了基本條件，從而使月球成為探索宇宙的中轉(zhuǎn)站。凈化后的水不僅可供人飲用，還能分解成氫氣和氧氣，制成的液氫和液氧可作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，所以從月球基地上用小型火箭即可發(fā)射大型深空探測器和宇宙飛船。同時(shí)，月坑水也可以滿足工業(yè)和農(nóng)業(yè)用水之需。

毋庸置疑，月球找水任務(wù)和研究其來源的工作還會(huì)繼續(xù)進(jìn)行下去。事實(shí)上，航天大國探月、登月計(jì)劃也從未停止。2013年下半年，我們的“嫦娥三號(hào)”將飛向月球，她會(huì)有怎樣的新發(fā)現(xiàn)呢？