月球水

月球水是月球上被探測證實確實存在的水,並且以氣態水和固態水存在,沒有地球上的液態水形式。

月球水

月球水

發現

歷時一個月的數據分析之後,科學家興奮地得出結論:月球有水。這也是塵埃揚起高度不如預期的最有力解釋。「確實,真的,我們在月球上找到了水,」美國航天局科學家安東尼·科拉普雷特2009年11月13日說,「不是一星半點,而是數量驚人。」科拉普雷特在作出這一宣布時,手中舉着一個白色水桶以示「數量驚人」。

此次月球探測項目由美國航天局位於加利福尼亞州的埃姆斯研究中心負責,科拉普雷特為項目負責人。半人馬座火箭在凱布斯月球坑的撞擊,揚起至少25加侖(95升)水,而這一數量僅僅是在單個月球坑單次撞擊所揚起的「水量」。

成分相關

至於沒有觀測到亮閃現象,科學家分析,可能是由於一些水汽「吸收」光線所致。

此外,地面研究人員通過數據分析發現撞擊后還檢測出二氧化碳、二氧化硫、甲烷和一些碳化物。

先前的月球無人探測任務曾在月極附近的月球坑周圍發現氫的存在,引發人們對月球冰的存在產生遐想。2009年9月,科學家也曾宣布在月球土壤中發現極少量的水,而且這種水能存在於全月面地表。

兩種形態

月球坑觀測與傳感衛星發回的數據確鑿證實月球有水。雖然並非人們想象中的液態水,只是氣態和冰態水。撞擊點地表溫度為攝氏零下185度。

困難重重

我國探月工程首席科學家、中科院院士歐陽自遠先生說,早在1999年,NASA科學家就曾指揮「月球勘探者」月球衛星撞擊了月球南極附近的舒梅克環形山——也是為了尋找水,但沒找到。

從已知的數據來看,月球上永久陰影區月壤中水冰的含量極小,甚至不足1%,也就是說,一公斤月壤中可能只含有幾克水。永久陰影區內,到底有多少水冰,如今還是未知數。即使水冰數量足夠多,如何把它們取出加以利用,在工程技術上也是道超乎想象的難題——因為要從-240℃左右、幾公里深、伸手不見五指的深坑中,將水冰加熱轉化成水蒸氣再收集利用很難。「如何讓機器在-240℃這樣的極端黑暗、嚴寒中運轉,現在還無法辦到。」歐陽自遠說,「更不要說,要將月壤挖掘並堆積起來。還有,用什麼裝置加熱?這個過程需要消耗多少能量?能源如何解決?運輸問題又如何解決?」

「其實,無論在月球上是否找到水,人類都會上月球建立基地。」歐陽院士說,早在上世紀90年代,美國就提出重返月球、建立月球基地,當時根本不知道月球是否存在水。「月球沒水不會成為人類建立月球基地的障礙!」

探月夢想

從100多年前法國小說家凡爾納發表科幻名作《從地球到月球》開始,人類就一直在構想如何實現對月球的實地探測。人類何必煞費苦心地探月,以圖在那裡長期發展?

人類資源補給的新生長點月球資源十分豐富,是人類社會開發利用的巨大資源儲備,這也是吸引各國實施月球計劃的重要原因。首先,月球上有兩種資源將會給地球帶來重大貢獻。一是月球上可接收到豐富的太陽能;二是月球礦藏豐富,尤其是富含核聚變燃料氦-3。月球上的氦-3也有可能成為人類未來使用的一種清潔、安全的新能源。

理想的太空實驗室月球的特殊環境使它成為許多學科開展研究和試驗的理想場所。月球沒有大氣,沒有電磁波的吸收與輻射,沒有磁場以及弱重力場等特徵,為許多在地球上無法進行或難以進行的研究與實驗提供了理想場所。

地空連線的中途島從外層空間探測長遠發展來看,探月→登月→建設月球基地→進入更遙遠的太空,是一個必然的發展趨勢。

月球在太陽系中的位置和它本身的環境特點,使它成為人類邁出地球搖籃、走向深空的門檻和試驗場。

「尋找到月球存在水的證據是一個重大突破,月球由此變得更耐人追尋,」美國喬治·華盛頓大學太空政策學者約翰·洛格斯登這樣評價。

加利福尼亞大學教授格雷格·德洛里說:「相比一個呆板和一成不變的月球世界,如今的月球將(因為這個發現)更具活力和趣味……月亮,已不再是我們父輩時的那輪月亮。」

不過,儘管科學家可以儘可能樂觀地去想象月球究竟有多少水,但這次實驗僅僅局限在凱布斯月球坑,凱布斯月球坑是否能代表整個月球表面的水含量仍是個未知數,對於月球全球的狀況仍需進一步取證分析。

《紐約時報》評價,月球有水現已成真,但月球還遠不夠「潮」。因為先前發現,月球表面大多數地區,比地球上的沙漠地帶還要「干」。不過,這次發現對於美國「重返月球」計劃來說,已形成充分理由。雖然大多數美國天體學家和太空研究者認為,月球有水並不能成為放棄探測火星等其他星體的理由。

形成之謎

北京時間2009年10月9日,美國宇航局連續用一枚半人馬座運載火箭和月球隕坑觀測與傳感衛星(LCROSS)撞擊月球南極的凱布斯坑,以探測月球之上的水冰,掀起了人類在月球上找水的高潮。此前,印度首個月球探測器「月船一號」,掠過月球的美國「卡西尼號」和「深度撞擊」探測器分別發現過月球有水的證據。那麼,月球水究竟是如何形成的?

月球水源產生途徑研究

科學家認為月球上水的來源可能有三種:一是來自撞擊月球的彗星或小行星;二是撞擊事件釋放出了月表下面的水;三是攜帶氫原子的太陽風,氫原子與月球土壤中的氧原子結合之後形成水。「月船一號」的觀測結果證實了月球水源形成的第三種可能。

水是氫氧化合物,水的形成離不開氫原子和氧原子。月球就像是一個大海綿球,不斷吸收着來自太陽的帶電粒子。這些帶電粒子與月球表面灰塵中的氧原子發生反應,從而產生了水。這是印度「月船一號」探測器搭載的由歐洲航天局(ESA)與印度空間研究組織(ISRO)共同開發的「亞千電子伏原子反射分析儀」(SARA)的觀測結果,進一步驗證了月球表面水源產生的可能途徑。同時,也為科學家研究月球和太陽系中其他無空氣天體提供了新的思路。

SARA是「月船一號」搭載的三部歐洲航天局探測裝置之一,由來自瑞典、印度、日本和瑞士的科研小組共同製造。「月船一號」於2009年8月完成使命。

月球表面是由不規則的鬆散灰塵構成的,稱作風化層。來自太陽的粒子會輕易進入灰塵間的空隙並被吸收。當某些質子與月球風化層中的氧原子發生反應時,就會產生氫氧基和水。這種分子反應模式新近才被「月船一號」探測器的「月球礦物繪圖儀」研究小組發現和報道。

SARA的探測研究結果證實,來自太陽的氫原子核確實被月球風化層所吸收,從而有可能產生水。但同時,新的奧秘出現了:並不是所有的質子都被吸收,有五分之一的質子又被反射回了太空。在此過程中,質子與電子結合而成為氫原子核。「該發現出乎我們的意料。」歐洲SARA首席研究員、瑞士空間物理研究所科學家斯塔斯-巴拉巴士說。

雖然巴拉巴士等人不知道造成反射的具體原因,該發現還是為進一步研發新的月球成像技術鋪平了道路。氫氣以每秒200公里的速度飛向空中,月球微弱的引力沒有造成其偏離。由於氫氣是電中性的,也不會受到太空磁場的影響。因此氫原子就像光子一樣直線飛行,基本上每個原子都能夠返回原地,並在圖像中體現出來。而發出氫氣最多的地方亮度最高。

雖然月球沒有總體性的磁場,但有些岩石已經被磁化了。巴拉巴士和他的團隊正在積極繪製圖片,以期在月球岩石中尋找這種「磁極異常」。這種異常產生磁泡使進入的質子發生偏離而到了周圍區域,使得圖片中的磁性岩石看起來有些暗。

這些質子是太陽風的產物,無數的粒子流不斷從太陽爆發出來。質子與太陽系的所有天體相碰撞,通常會停留在相撞天體的大氣層中。如果某些天體沒有自然的外部屏障,太陽風就會直達星體表面,例如水星。SARA小組推測太陽風中的質子也會在這些天體形成氫原子並反射回太空。

這項研究結果為歐洲航天局的貝皮-哥倫布水星探測計劃提供了及時的幫助。貝皮-哥倫布飛船將搭載兩部類似SARA的裝置飛向水星,或許會發現這顆距離太陽最近的行星反射出遠比月球更多的氫原子,因為那裡的太陽風比月球更加集中。

主流理論

據美國國家地理雜誌網站報道,對於很多人來說,2009年將是一個值得紀念的年份。這一年,科學家最終證實月球上確實有水存在,任何所謂的有理由懷疑自此煙消雲散。月球與行星研究所的保羅·斯普蒂斯表示:「證明月球上確有水存在是一系列相關任務共同促成的結果,這些任務使用的儀器專門用於解答這個問題。」月球與行星研究所位於德克薩斯州的休斯頓,由美國宇航局資助。

2009年初,宇航局月球偵察軌道器(LRO)和印度「月船1號」飛船對月球水可能的化學痕迹進行了探測。宇航局上周對外宣布,他們的月球隕坑觀測與傳感衛星(以下簡稱LCROSS)撞月任務最終發現了來自一個隕坑並且數量「可觀」的水。

消息一經公布,人們不禁提出這樣的疑問,即月球上的水究竟來自何處?LCROSS項目科學家、羅得島州布朗大學的彼得·舒爾茨表示:「月球水是否是在最近一個單獨的大事件中儲存下來的?它們是否已經在月球上存在了數十億年之久?對於這些問題,我並不知道答案。」

最新消息

環球網報道,法新社2010年3月2日消息:美國宇航局科學家3月1日說,美國雷達發現,月球北極40多個隕石坑含有6億噸水冰。

據報道,美國航天局Mini-SAR雷達發現,月球北極有40多個大小不等(大約1.6至15公里)的隕石坑,每個隕石坑都充滿水冰。

美國航天局科學家說,「儘管整個水冰的厚度取決於每個隕石坑中水冰的厚度,但估計至少有6億噸水冰。」

報道說,這項發現是奧巴馬建議取消美國重返月球計劃的幾周后發現的。

來源

針對月球水究竟源自何處這個問題,主要出現4項科學理論。準確地說,第4項理論應該是一種較為大膽的猜測,但它提出的兩種可能性還無法排除在外。

理論1

古代火山噴發將水帶到月表這項理論認為,月球從一開始就是一個有水世界。與地球一樣,水也是月球形成過程中的一個重要因素。月球與行星研究所的斯普蒂斯在對這一理論進行解釋時表示,根據這一理論,水集中在月球內部。在遙遠的過去,當時的月球並不像現在這樣處於「死亡」狀態,那時的它擁有一個熾熱的核心,火山噴發或者氣體迸發慢慢將水帶到月球表面。自此之後,水便在月表凍結。

理論2

水乃月表自身產物一些科學家推測,水可能是月球自身的產物,形成過程中獲得太陽的一些幫助。根據這一理論,太陽會不斷噴射名為「太陽風」的粒子流。太陽風內帶正電的氫離子或者質子可能「轟擊」月球並與月球土壤中富含氧的礦物質發生相互作用,最終形成了水。布朗大學的舒爾茨表示,通過太陽風形成水將是一個緩慢的過程。「如果以這種方式每天只形成一個水分子,數十億年內形成的水在數量上也相當可觀。」

理論3

彗星和小行星將水帶到月球一些人表示,月球水可能是含水彗星和濕潤的小行星送上的一份「禮物」,它們在很久以前曾與月球發生撞擊。撞擊帶來的水絕大多數被噴入太空,但一些行動遲緩的水分子最終被月球引力捕獲。

月球與行星研究所的斯普蒂斯說:「這一想法認為,彗星或者含水小行星撞擊月球並形成一個懸在月表附近的水蒸汽雲。其中一些水最終移動到極地地區,它們可能進入永久性寒區——冷阱,例如永遠無法被陽光照射的一個極地隕坑。」冷阱內溫度極低,水冰無法升華(不經液態而由固態直接轉變為氣態)。除此之外,沒有空氣的月球也不適於液態水存在。其結果是,水將在理論上長期保持凍結狀態。

理論4

月球水來自地球布朗大學的舒爾茨表示,地球水「遷居」月球有兩種方式,這兩種方式只有在數十億年前地月距離較為靠近時才有可能發生。在史前時代,地球並不擁有磁場或者強度較弱,太陽風從地球大氣層中剝離水蒸汽,而後將其送上月球。另外一種可能性是,小行星或者彗星撞擊地球,巨大的撞擊力量將海水射入太空,繞地球軌道運行的月球穿過這個水蒸汽雲,自此也成為一個有水世界。舒爾茨承認,這兩種想定在理論上都有可能發生,「但我們也只是猜測而已」。

儲量

美國科學家認為,月球的儲水量遠超人們先前的想象,在月球內部,水,也許無處不在,廣泛存在於月球表面以下的岩石中。在過去40年間,科學一直認為月球是乾燥的,但最新(2010年)測定的月球的最低含水量為百萬分之5,不再是過去估計的十億分之64。