有关月球的另一个谜团是月球上会不会有水，如果有，它们会存在于月球上的什么地方呢？

一、月球探测器“克莱门汀”

现在一般认为，45亿年前，太阳系诞生的时候，组成它的物质是气体、尘埃和冰，那些冰处在太阳系的外围，它们聚合在大大小小的彗星里，这些彗星和一些小行星曾在太阳系形成后的很长时间里频繁撞击了地球，为地球带来了大量的水。有人认为，在太阳系形成后的大约10亿年里，地球遭受了一亿颗彗星的撞击，尤其是在地球完全形成之后，这样的撞击尤为密集。

月球处在和地球相同的天区，既然地球频繁地遭受了彗星的撞击而获得了大量的水，那么月球也不应该例外。然而问题是，仅仅获得水并不意味着一定能在月球上找到水。月球上的白天可以超过100摄氏度，这样的温度会让水冰很快熔化，沸腾，并挥发掉，而月球的引力场又太弱，只有地球的六分之一，不足以束缚向太空逃逸的水蒸汽，所以有人认为，月球上如果有水的话，它们只能分布在阴暗的陨石坑里，那里的一些地方终年照不到太阳，温度为零下240摄氏度，在月亮上，这样的低温足以维系水冰的存在。

1994年1月25日，美国发射了一艘名为“克莱门汀”的月球探测器（图1），它的主要任务是试验一系列新技术，绘制月球表面数字地图以及交会一颗名为“乔格拉福斯”的近地小行星，但那次交会并没有成功，因为探测器在离开月球轨道后出现无法控制的自旋。

图1 月球探测器“克莱门汀”

2月6日，“克莱门汀”开始绕月飞行，它对月球拍照，从事勘测活动，其中一项实验是向月球南极（图2）附近的一处陨石坑发射无线电波，这些电波反射后被地球上的天线所接收。科学家们分析了这些电波后发现，那些反射波似乎来自含有水冰的物质。

图2 月球探测器“克莱门汀”拍摄的月球南极地区

这样的结果很合理，与人们的推测十分吻合，然而，当天文学家利用波多黎各的阿雷西波射电望远镜在相同的陨石坑里再一次找寻水冰时，他们却未能找到相同的结果。究竟月球陨石坑里有没有水呢？

二、“冷井”理论

到月极附近找水的想法产生于上世纪70年代。当时美国加利福尼亚大学的一位科学家詹姆斯.阿诺德指出，月极附近较深的陨石坑里不会有阳光照进去，因而那里极冷，能起到收集水和其他易挥发物质的作用，可称为“冷井”。“冷井”很像一杯夏天的冰茶。假若你仔细观察夏天的冰茶，你便能看到它在收集空气中的水分，并凝结成水滴。“冷井”就起了那样的作用。

从1994年起，人们便一直在依照“冷井”理论在月极附近寻找水的线索，其中的一种方法是，通过人造撞击扬起陨石坑中的尘土，然后近距离地用光谱仪测出其中是否有水分存在。这样的实验已做过多次，除了2009年“月球陨石坑观测与传感卫星”（图3）撞击了凯布斯陨石坑（图4）外，进行过类似尝试的还有“月球勘测者号”和“智慧一号”。

图3  “月球陨石坑观测与传感卫星”。其撞月进行了两次，首先由宇宙神5号火箭的半人马座上面级从卫星分离撞击了月面，然后卫星本身也撞击了月面

图4 “月球陨石坑观测与传感卫星”的撞击点：凯布斯陨石坑

人们发现，撞击扬起的物质中确实有水，这证明“冷井”理论是很有说服力的。除了水以外，人们还发现了大量其他易挥发性物质，例如二氧化碳、氨、二氧化硫、甲烷和乙烯等，这些物质是彗星和小行星中常有的，这表明，月极附近陨石坑中的水很有可能是彗星和小行星带来的，它们在“冷井”的作用下保留在了永乆阴影区里。

三、来自月壤的水

除了陨石坑中可能有水外，在月壤中是否也有水呢？2008年10月，印度的“月球一号”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”（图5）。这部仪器通过探测月球表面反射光的波长显示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，表明那段光线被水分子吸收了（图6）。

图5  月球矿物学绘图仪

图6  “月球矿物学绘图仪”绘制的图像，蓝色显示水的存在

开始的时候，科学家们并不相信这样的结果，但很快，他们在其他地方找到了更多的证据。人们发现，另外两艘探测器----“卡西尼号”和“深度撞击号”上的探测仪器也传回过类似的信号，这两艘探测器在飞往各自的探测目标时都途经了月球。

原来，这些水分子存在的信号来自于月壤。在月球上，太阳风无时不刻地撞击月面并与月壤发生交互作用。太阳风主要由质子或带正电荷的氢原子组成。当这些带电的氢原子以三分之一光速冲击月面时，它们会分解月壤矿物质中的氧分子。一旦有了游离状态的氧分子和氢分子，水分子就容易形成了。人们推测，月球表面每立方米的土壤中大约含有一公升水，它们存在于最上层很薄的月壤中。此前，科学家们一直认为，如果月球上真的有水，那些水只会存在于极地的永乆阴影区里，月球的其他区域应该是完全干燥的。现在，新的发现表明事实并非如此，水也可以存在于月壤中，这是人类月球找水的重大突破。

四、来自月岩的水

假若解释月球起源的“大碰撞说”是正确的，那么月球的内部也有可能含有水，因为碰撞发生后，有些水很可能被封闭在了月球中。

在晴朗的夜晚，只要有一架普通的天文望远镜，你就会发现，月面上遍布着大大小小的陨石坑，它们来自小行星、彗星和陨石的撞击。仔细观察，你还会发现，有些陨石坑中有一个小小的山峰，那是撞击的反弹造成的。当碰撞发生后，月面被砸开了一个洞，它往往深达几千千米，于是，月球内部的物质便从洞中涌出来，它们越堆越高，待冷却后，便形成了一座山。可以想见，如果月球内部含有水，水便会被这种运动带到月面上来，它们会隐藏在这样的山上，观测这样的山峰或许能够找到水。

现在人们发现，这种山上可能确实存在水。原来“月球矿物学绘图仪”还观测了一个位于月球赤道附近的陨石坑，名为布利奥陨石坑（图7），直径大约61千米，是以17世纪法国天文学家布利奥的名字命名的。

图7  布利奥陨石坑

在这个陨石坑的中间有一座山峰，而“月球矿物学绘图仪”发现，这座山峰的月岩中含有不少氢氧基，它们存在于一种名为磷灰石的月岩中。如果你加热这种月岩，里面的氢氧基离子便会“分解”并产生水。探测表明，在这座山峰的月岩中，氢氧基的含量足以和水的存在产生密切的联系，表明这个陨石坑中很有可能存在着来自月球深处的水。这项研究为月球水的分布提供了另外一个重要的观点，那就是月球内部的月岩中也含有水。

到目前为止，科学家们已在月球上找到了上述三种以不同形式可能存在的水。它们分别位于月极永久阴影区、月壤和月岩中。在月球上，水不仅可以饮用，灌溉，还可以提取氧和氢，因而寻找和提取月球上的水对未来人类的月球探索和登月行动具有重要意义。

本文由王芳摘编自张唯诚著《出发吧，天空监测器》（科学出版社.2016.7）第七章部分，有删节。

ISBN978-7-03-048896-1

在进入太空时代以前，人们有关太阳系的知识都来自于肉眼和望远镜的观测，但太空时代到来后，人们对太阳系的认识便越来越多地依赖太空探测器。探测器不仅能飞到星球附近对其进行近距离的研究，还把人类包括视觉在内的各种感官的感觉能力延伸到了太阳系的边缘。这是继望远镜之后的又一次伟大进步，人类也因此获得了大量有关太阳系的知识，并且在质和量上都形成了一次飞跃。本书将向读者全面生动地介绍这样一次伟大的发现之旅。

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