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国家空间科学中心|潮湿的土壤：盘点人类探月的“水情结”

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近日 ， 据美国国家航空航天局（NASA）官网介绍 ， 索菲亚平流层红外天文台（SOFIA）首次证实 ， 受到阳光照射的月球表面有水存在 。 这也意味着 ， 水可能不仅在寒冷阴暗的地方分布 ， 也可能分布在月球表面 。
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索菲亚平流层红外天文台（SOFIA）首次证实 ， 受到阳光照射的月球表面有水存在
最近几年是人类探月的丰收年 。 因为在这几年里,来自多方的研究和探索都证实了月球是一个有水的星球 ， 这是科学家们殷切期待的结果 ， 也是现代天文学的一项重大成果 。 几十年来 ， 科学家们一直期盼在月球上找到水 ， “找水”成了人类探月的挥之不去的"情结” 。
“冰茶理论”
“现在的月亮已不同于我们父辈时期的月亮了 ， 它不再是死寂和和无变化的 ， 而是一个非常活跃和有趣的世界 。 ”美国加利福尼亚大学的天文学家格雷格·德洛瑞(GregDelory)这样说 。 对于德洛瑞这样的天文学家来说 ， 月亮的确很不一样了 ， 因为在他们的眼里 ， 月亮已成为了一个潮湿的世界 。
然而在伽利略把望远镜指向月亮以前 ， 月亮在人们的眼里是更加“活跃和有趣”的 ， 人们把月亮上的暗区称为“maria",在拉丁语中 ， “maria”就是海洋的意思 ， 所以在17世纪以前的人看来 ， 月亮是一个充满了液态水的地方 。 这个梦幻似的观点是被望远镜给无情毁灭的 ， 人们在望远镜中看到了点缀在“maria”中的陨石坑 ， 这才知道月亮上的“海洋”其实并不存在 ， 不过我们今天依然把月亮上的大片暗区称为“月海” 。
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月球正面（左图）比背面（右图）有更多暗色月海
（供图/侯军）
从那时开始 ， 月亮很干燥的观点一直延续了下来 。 1969年 ， “阿波罗11号”的两名宇航员着陆在了一片“月海”中 ， 他们看到的“月海”是一片干燥的由火山熔岩构成的平原 ， 而科学家们在研究了“阿波罗计划”带回的月岩和月壤样本后也宣布说月球是干燥的 。 依照他们的形容 ， 那些样本“像骨头一样干燥” ， 然而事实上 ， 骨头比那些样本“潮湿”得多 ， 因为活体生物的骨头是含有不少水分的 ， 其重量大约占总重量的10% 。
20世纪70年代 ， 加利福尼亚大学的詹姆斯·阿诺德(JamesArnold)建议在月极附近找水 ， 那里是阿波罗计划没有到达的地区 ， 且终年难见阳光 。 阿诺德指出 ， 月极附近较深的陨石坑里不会有阳光照进去 ， 这样的陨石坑能起到收集水和其他易挥发物质的作用 ， 可称之为“冷井"(coldtraps) 。
美国田纳西大学的月岩专家拉里·泰勒(LarryTaylor)将“冷井”比喻为一杯夏天的冰茶,他说 ， “假若你仔细观察夏天的冰茶 ， 你便能看到这杯冰茶如何收集空气中的水分 ， 并凝结成水滴 ， ‘冷井’就起了那样的作用 。 ”
这种“冰茶理论”最终得到实践的机会是1994年 ， 那年的1月25日 ， 美国发射了“克莱门汀”(Clementine)月球探测器 。
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“克莱门汀”(Clementine)月球探测器图片来源/网络
2月6日 ， “克莱门汀"开始绕月飞行 ， 在这个过程中 ， 它对月球拍照 ， 从事勘测活动 ， 其中一项实验是向月球南极附近的一处陨石坑发射无线电波,这些电波发射后被地球上的天线接收 ， 科学家分析了那些电波后发现 ， 反射波似乎来自于含水冰的物质 ， 不过这并不能证实陨石坑里真的有水 ， 因为粗糙的表面也能产生那样的反射波 。
又过了4年 ， 另一艘月球探测器“月球勘测者号”(lunarprospector)使用中子光谱仪探测到月球南北极的陨击坑里含有丰富的氢 。 科学家认为 ， 那些氢来自于陨击上中丰富的水 ， 他们由此估计 ， 月球上可能有1000万~60亿吨水 。 为了证明月球上水的存在 ， 科学家最后让“月球勘测者号"撞击月球南极 ， 他们估计撞击会在月球表面释放40磅水蒸气 ， 这样一来 ， 光谱仪就能够测出水分的存在了 ， 然而预想的结果并没有在撞击后出现 。
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凯布斯陨石坑
进行过类似尝试的还有欧洲空间局的“智慧一号"(SMART-1) ， 这枚探测器于2006年也企图通过撞月侦测月球上的水冰信号 ， 结果也失败了 。 科学家认为 ， 这两次失败有三种可能 ， 要么是月球上根本就没有水；要么撞击点不理想 ， 因而没有产生理想的结果；还有一种可能是探测器太小 ， 撞击产生的水蒸气太少 ， 所以不足以让仪器侦测到 。
“潮湿"的月壤
转机出现于2008年 ， 这一年10月 ， “月球一号"(Chandrayaan-l)发射升空 ， 它的上面装配有一部由美国航空航天局提供的仪器——“月球矿物学绘图仪”(MoonMineralogyMapper) ， 这种仪器能使科学家们在它获取的数据中准确地发现探测目标所拥有的化学成分 。 很快 ， “月球矿物学绘图仪”通过探测月球表面反射光的光线波长显示了月球上有水分子和氢氧基存在的迹象 ， 它侦测到反射的光波中缺少红外线波长 ， 表明这段光线被水分子吸收了 。


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