自然子刊同期刊发两篇重磅论文是的，月球上有水这个结果再一次被证实，未来人类甚至可能更广泛地采集到它们美国国家航空航天局（NASA）的最新研究发现，月球上可能有多达6亿吨的水冰，有一天有望帮助登月者长期生存，它甚至可以变成就地取材。
是的，月球上有水。这个结果再一次被证实，未来人类甚至可能更广泛地采集到它们。
美国国家航空航天局（NASA）的最新研究发现，月球上可能有多达 6 亿吨的水冰，有一天有望帮助登月者长期生存，它甚至可以变成就地取材的火箭燃料，只需要将水分解为氧气和氢气，然后保存。
以前，我们从未知道月球上实际上有多少水，这些资源到底存储在什么地方，以及如何获取和提炼，科学家们也从未真正了解过那里的水是如何产生的。
我们仍然没有这些问题的确切答案，但是 10 月 26 日发表在《自然天文学》上的两项新研究确证，月球上的水并未如科学家们曾经想过的那样完全被隐藏起来，一些水冰可能就埋在月球阴影的土壤中。
美国宇航局天体物理学部门主任保罗・赫兹（Paul Hertz）在周一的新闻发布会上说：“这些发现表明，水可能分布在整个月球表面，而不仅限于月球两极附近阴冷的地方。”
图｜科学家对月球水资源分布的猜想图（来源：ESA）
两项天文研究论文同时发表同一时间发表在《自然天文学》杂志上的两篇论文，产生了一些让人激动的关联性见解。
其中一项，研究人员认为他们直接在月球表面探测到了水分子的分布；另一项研究，则是根据数据模型推测，水冰可能被封存在遍布月球表面的大小陨石坑和阴影中，使得月球水资源比我们想象的更丰富、更容易获取。
第一篇论文名为 “Molecular water detected on the sunlit Moon by SOFIA”，即利用 SOFIA 在阳光照射的月球表面检测到分子水。
SOFIA 是一个平流层红外天文台，它的外观是一架波音 747SP 飞机，经过改装，搭载了一个 2.7 米（106 英寸）反射望远镜（有效直径为 2.5 米）。当它飞在 12000-15000 米的高空平流层时，可以大幅降低地球大气层对红外天文观测的影响，从而使天文学家能够以地面望远镜无法做到的方式，研究太阳系内层及其他范围的天体。
图｜SOFIA 打开望远镜舱门，飞过内华达山脉上空（来源：NASA）
在这项实验中，研究人员基于 SOFIA 平台对月球进行观测，它使用的是天体化学中最常用的方法 —— 光谱分析法。通过红外光谱检测分析，研究人员估算出水分子的丰度约为每克土壤含 100 至 400 微克 。
通过不同纬度地区的扫描观测，科学家发现，在探测到的高纬度区域，显示出较高的分子水丰度；在低纬度地区，大部分位置都没有发现水合作用，但是在部分地质裂缝或火山碎屑沉积物地带是例外，也能观察到分子水。科学家由此推测，月球水资源在低纬度区域的分布可能是局部地质活动的结果，而非普遍现象。
图｜测量位置图（来源：Nature Astronomy ）
科学家总结，目前探测到的大部分水储存在月球表面特殊的 “玻璃珠” 物质中，或者储存在远离月球恶劣环境的特殊地质构造中，这样水才能留在月球表面。
图｜不同纬度下，SOFIA 在 6 µm（黑色）和 3 µm（红色）下测量的分子水丰度当量数据（来源：Nature Astronomy ）
另一篇研究论文名为 “Micro cold traps on the Moon”（月球上的微型冷阱），更多是一项推测研究。
由于高温和直接太阳照射下的快速挥发，即便月球上有水，其在月球的大部分表面上都是不可能稳定存在的。
然而，水冰的形式则有可能。由于月球表面的特殊地形加上自旋规律，月球表面存在很多永久阴影区域（PSR），在某些极地 PSR 中，温度足够低（<110 K），因此能以水冰的形式长期封存水资源，这些区域被称为 “冷阱”，通过某些天文撞击（主要是来自柯伊伯带的、富含水分的彗星的撞击）或者意想不到的其它方式在月球上产生了水，最终可能会以冰的形式冷滞于月球两极。
图｜一系列月球上上的阴影地带（来源：Nature Astronomy）
研究人员使用理论模型和来自 “月球侦察轨道” 的数据，在大的阴影区之外，估计了 1 cm-1 km 尺度大小的阴影的贡献，这些微冷阱是月球上数量众多，其中约有 10%-20% 的永久性冷阱区域被发现可能含有水。考虑到所有空间尺度，可能含有水冰的总面积约为 40000 平方千米，这大大超过了先前的估计，其中约 60％位于月球南部。科学家在大于 80° 的纬度处发现了能用于储存水冰的冷阱。
这些结果表明，被封存在月球极地的水可能比以前认为的分布更广泛，有望作为未来登月任务的资源。
图｜阿耳特弥斯计划在月球建设基地的畅想（来源：NASA）
乐观背后的未知数“这是我们第一次可以肯定地说水分子普遍存在于月球表面上。” 美国宇航局戈达德太空飞行中心的研究员，《国际水土保持研究》的主要作者凯西・霍尼鲍尔（ Casey Honniball）表示。
SOFIA 的观察结果表明，水分子可能以特殊的方式结合到了月球表面的一些 “玻璃珠” 特殊结构中，使水分子可以承受阳光照射，这些 “玻璃珠” 散布在整个月球表面的土壤中，按照目前的数据推算，所含的水量相当于每立方米土壤中有 350 毫升水。
乍一看，这对人类探索月球乃至开拓月球极地来说是个天大的好消息，但是，这项研究仍然存在许多未知数。
如果水像预期那般被封存在玻璃珠中，那将需要大量的工作才能提取出来。霍尼鲍尔补充说：“提取水的方法是熔化玻璃，以便释放水。” “与其他一些方法相比，这是一个消耗过程。” 在月球上大功耗的工作目前可能不太现实。
当涉及到微小的冷阱时，科学家实际上也不完全确定是否有水冰潜在于其中，虽然它们的条件可能正好适合储存水冰，但研究人员并没有直接发现冷阱中的水。
玻璃珠中所含的水量很少，但对人类有用，其他阴影区域的水含量可能更高，对于一个长期以来被认为是干旱和死亡的星球来说，这些发现似乎难以理解。“这是一个新的领域，我们以前没有真正仔细研究过。” 克莱夫・尼尔（Clive Neal）说，他是圣母大学的行星地质学家。
相关研究目前并不完美。对于这些含水玻璃珠是如何形成的，目前没有明确的解释。霍尼鲍尔认为它们很可能来自小行星或彗星撞击，也可能是古代月球火山活动的结果。尼尔指出，SOFIA 的研究尚不能提供一个完整的参考，水分子在整个月球周期中是如何变化的，仍需要大量的观察来证实这两项研究的可靠性。
图｜用于探测水冰的月球着陆器概念图（来源：Intuitive Machines）
值得关注的是，在阿耳特弥斯计划带领宇航员重返月球的准备阶段，美国宇航局还在计划发射一系列机器人任务，或将有助于确定月球上的水冰含量。
这些任务中最引人注目的是 VIPER，这是一项计划于 2022 年发射的月球南极漫游车任务，搭载了中子光谱仪和一台针对 “风化层和冰层” 的专业钻探设备来勘探，目标是评估月球表面及以下积冰的迹象；在此之前，一家名为 Intuitive Machines 的私人公司表示，他们也计划在 2022 年将机器人着陆器送至月球表面，并配备与 VIPER 相同的钻头，该任务也将与 NASA 合作，证明钻机是否能够有效工作并获取其中的一些水冰样本。
根据现在新的发现，美国宇航局可能会选择稍微改变 VIPER 的目标以研究外星球地表水分子，并仔细观察微型冷阱如何有效地保存水资源。
重返月球有了更多期望“我们越看月亮，似乎越不了解它。现在，我们有更多的理由重返月球。我们必须深入研究并获取样本，并建立监控站，以实际获取确定的数据来研究在月球上的水循环。” 尼尔指出。
到目前为止，在月球上寻找水冰的方法，一直集中在月球最冷的地方，比如那些大型极地环形山的阴影中，遗憾的是，那里的温度下降到了零下 200 摄氏度，降落到那里的飞行器可能会遇到意外难以离开。现在研究的这些微型冷阱可能存在水冰，但难以估计其沉积深度。
月球上积聚的冰层可以像年轮一样记录数十亿年的太阳系历史，但如何深入研究仍然是一个悬而未决的问题。
月球上发现水分子并不是新鲜事，科学家早在几十年前就发现了可能的水痕迹。
大约 40 年前，美国宇航局阿波罗任务带回的月球土壤样本确实显示出了水的迹象，但当时大多数研究样本的科学家都认为，这些数据来自休斯顿潮湿空气的 “污染”，在美国宇航局约翰逊航天中心对岩石进行分析之前被渗入了。
2009 年，印度的月球探测器 “月船 1 号” 发回的月球表面光谱中发现了水元素的谱线，科学家据此认为月球表面的大部分地区存在水分子。近年来，许多探测任务都发现了月球表面存在水或水冰的迹象，但都缺乏确凿的证据或者获得样本实物，本次研究无疑强化论证了之前的推测。
人类虽然曾经成功登月，但迄今对月球上的资源了解并不算太多。如果人类能发明出新技术对月球水冰进行开采，无疑将开启人类太空探索的新纪元，因为它不仅可以满足宇航员在月球基地中的呼吸、饮水需求，而且能制成火箭燃料，为更遥远的星际旅行作准备。
不论是对月球还是火星，前期探索都只能提供宏观的参考，更现实的计划或许还需要建立长期有科学家驻守的月球基地，深度研究月球资源的可利用性。
或许，2024 年带领人类重返月球的阿耳特弥斯计划，能真正揭晓月球水资源的神秘面纱。
