月球之水哪里來

張唯誠

在歐洲中世紀(jì)的民間傳說中，一只狐貍說服一只狼相信月亮是由新鮮的奶酪制成的，這當(dāng)然不是真的。大約40年前，當(dāng)宇航員登上了月球，看到月球表面荒涼得可怕，別說奶酪，連一滴水也看不到?？茖W(xué)家們在研究了宇航員帶回來的月壤樣本后認(rèn)為：月球上沒有水。他們說，那些月壤“像骨頭一樣干燥”。

但月球上沒有水的說法在后來的研究中越來越站不住腳了，因為人們在月巖樣本中發(fā)現(xiàn)了水的痕跡，那是隱藏在月巖中的氫氧基，這種物質(zhì)由一個氫原子和一個氧原子組成，其含量與水的存在有很大的關(guān)系。那是不是表明月球內(nèi)部其實是有水的呢？

說月球內(nèi)部含有水，通常使人們想到月球的起源。目前，最能說明月球起源的觀點(diǎn)是“碰撞說”。這個理論認(rèn)為，月球形成于一顆和火星差不多大小的行星的碰撞，那次碰撞極其劇烈，足以使地球的相當(dāng)一部分融化和汽化。在那次碰撞中，地球的一部分被拋入太空，它們和碰撞天體變成無數(shù)碎片環(huán)繞在地球周圍，一段時間后，那些碎片通過聚合形成了月亮。

科學(xué)家模擬了這個過程，他們曾經(jīng)認(rèn)為，撞擊后，來自地球的絕大部分水都在太空中消失了，然而最新的研究卻顯示，實際情況可能并非如此，有些水看來是被封閉在月球中了。

在晴朗的夜晚，只要有一架普通的天文望遠(yuǎn)鏡，你就會發(fā)現(xiàn)，月球表面上遍布著大大小小的隕石坑，它們來自小行星、彗星和隕石的撞擊。仔細(xì)觀察，你還會發(fā)現(xiàn)，有些隕石坑中有一個小小的山峰，那是由撞擊的反彈導(dǎo)致的。當(dāng)碰撞發(fā)生后，月球表面被砸開了一個洞，有時往往深達(dá)幾千千米。于是，月球內(nèi)部的物質(zhì)便從洞中涌出來，它們越堆越高，待冷卻后，便形成了一座山?？梢韵胂?，如果月球內(nèi)部含有水，水便會被這種運(yùn)動帶到月球表面，它們會隱藏在這樣的山上，所以觀測這樣的山峰或許能夠找到水。

有科學(xué)家在《自然——地球科學(xué)》期刊上發(fā)表文章說，他們的研究證明，這種山上的確存在著水。這個發(fā)現(xiàn)來自于美國航空航天局安裝在印度“月球一號”上的一種儀器的觀測，這種儀器名為“月球礦物學(xué)繪圖儀”，它觀測到了一個位于布利奧隕石坑中心的一座山峰，發(fā)現(xiàn)這座山峰的月巖中含有氫氧基，其含量水平足以和水的存在產(chǎn)生密切的聯(lián)系，這表明這個隕石坑中很有可能存在著來自月球深處的水。布利奧隕石坑位于月球赤道附近，直徑大約61千米，是以17世紀(jì)法國天文學(xué)家布利奧的名字命名的?？茖W(xué)家們認(rèn)為，在這樣的地方發(fā)現(xiàn)氫氧基和此前在月巖樣本中發(fā)現(xiàn)的氫氧基形成了相互的印證，足以說明月球內(nèi)部存在水的科學(xué)假設(shè)，這對破解月球起源之謎和研究月球內(nèi)部的物質(zhì)構(gòu)成具有重要意義。當(dāng)然，在開發(fā)和利用月球上，它的意義就更不用說了。

然而，月球上的水并不僅僅來自于月球的內(nèi)部。事實上，水在月球上可以說是無處不在，只是你找不到瀑布、湖泊和海洋，甚至連一滴可供直接飲用的水也找不到。這是怎么回事呢？

人類大規(guī)模的月球找水行動，早在20世紀(jì)后期就開始了。首先，人們想到的是月極。月極附近較深的隕石坑里不會有陽光照進(jìn)去，因而那里極冷，能起到收集水和其他易揮發(fā)物質(zhì)的作用。為了在那里找到水，人們想到撞擊月球，即用人造撞擊物沖擊月球表面以揚(yáng)起隕石坑中的塵土，然后近距離地用光譜儀測出其中是否有水分存在。這樣的實驗已做過多次，如2009年，人們用“月球隕石坑觀測與傳感衛(wèi)星”撞向月球上的凱布斯隕石坑，其他撞擊月球的還有“月球勘測者號”和“智慧一號”等。2010年3月，科學(xué)家發(fā)表論文稱，月球南極附近的凱布斯隕石坑的確發(fā)現(xiàn)了水，但那些水都隱藏在土壤里，含量有限，大約為1%～5.6%。

那么月極隕石坑中的水又是哪里來的呢？科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，撞擊揚(yáng)起的物質(zhì)中除了含有水之外，還有大量物質(zhì)是彗星和小行星中常有的，如二氧化碳、氨、二氧化硫、甲烷和乙烯等。這表明，月極附近隕石坑中的水很有可能是彗星和小行星帶來的。由于那里極冷，水便被保存在隕石坑中。

除了月球內(nèi)部、月極隕石坑之外，其他地方會有水嗎？科學(xué)家同樣做了實驗，而且答案是肯定的。在月球上，太陽風(fēng)無時無刻不在撞擊著月球表面，并與月壤發(fā)生交互作用。太陽風(fēng)主要由質(zhì)子或帶正電荷的氫原子組成。當(dāng)這些帶電的氫原子以三分之一光速沖擊月球表面時，它們會分解月壤礦物質(zhì)中的氧價分子，一旦有了游離狀態(tài)的氧分子和氫原子，就容易形成水分子了。探測表明，月球表面的土壤里含有微量的水，它們存在于月壤最上層很薄的地方。這些水不斷地產(chǎn)生，又不斷地蒸發(fā)，因而不用科學(xué)儀器是看不到它們絲毫的痕跡的。

到目前為止，人類已在月球上找到了三種水，它們分別來自月極附近的隕石坑、月面上的土壤和月球的內(nèi)部。這三種水會對未來的月球研究和開發(fā)起到怎樣的作用呢？人們正在努力探索。

（選自2014年4期《知識窗》）