在月球上发现水对未来的太空探索意味着什么?©科学照片图书馆

在月球上发现水对未来的太空探索意味着什么?

我们向英国开放大学行星科学与探索教授马赫什·阿南德(Mahesh Anand)询问了美国宇航局这一令人兴奋的发现。

数据从美国宇航局的平流层红外天文观测站(SOFIA)表明克拉维乌斯陨石坑有水存在——月球上最大的环形山之一。

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这一发现很重要,因为人们曾认为月球上存在水月亮只有在月球南极附近的永久阴影环形山中。虽然克拉维乌斯在南半球,但它不在两极,而且它的内部暴露在阳光下。由于水似乎可以在这里的月球表面生存,这意味着水可能比以前认为的更广泛地分布在月球表面。

即使这样,水的丰度也不高。相比之下,撒哈拉沙漠拥有的水是索菲亚在月球表面物质中发现的水的100倍。

我们问Mahesh阿南德,英国开放大学行星科学与探索教授,介绍了这一发现是如何产生的,以及它将如何影响未来的月球任务。

SOFIA于9月在德国汉堡的汉莎技术公司进行了定期维护©NASA/喷气推进实验室
SOFIA于9月在德国汉堡的汉莎技术公司进行了定期维护©NASA/喷气推进实验室

这一发现有多重要?

在月球有阳光照射的部分发现水分子的特征,这使得这一发现比可能的情况更有意义,因为此前在月球表面已经检测到水。

这是一个相当重要的发现。在月球上发现水并非完全出乎意料,但之前我们不知道的是,这些水是以羟基的形式存在的,羟基是一个氧原子连接一个氢原子,还是实际上是H2O,两个氢原子连着一个氧原子。这是水分子,一般人会把它理解为水。

分子水,可以说,以前只被发现过一次,那是LCROSS(月球陨石坑观测和传感卫星)的撞击者撞击了南极地区一个永久遮蔽的陨石坑。所以,不管是什么,都是在喷射器的羽流中升起的。

这次任务发现了一些水冰,但在月球的阳光照射区域,水分子还没有被证实,我想这就是为什么这个发现是非常令人兴奋的。从科学的角度来说,水或羟基的形成可能会通过非常不同的途径,因此就其物理状态而言,就其是否适合未来的探索者将其作为资源而言,可能会有非常不同的意义和意义。

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为什么花了这么长时间才在月球上找到水?

我认为我们必须回到20世纪70年代初,那时我们有一些人访问月球阿波罗任务].根据这些观察,我们从未看到任何水的迹象。月球上的土壤又干又脏,宇航员在活动后呼吸困难。当月球的尘埃或岩石样本传回地球后,就需要做大量的工作来确定月球上是否有水的迹象。

没有,但那是有技术可用的。此外,我们必须记住,阿波罗任务并不是为了寻找水。所以在某种程度上,当时并没有提出正确的问题。取而代之的问题是,人类真的能在月球上安全着陆,然后返回地球吗?

现在,有人猜测,甚至在阿波罗时代之前,在1950年代,可能有水在这些永久月球的阴影区域,但问题是,没有一个阿波罗任务或任何后续任务,直到1990年代,真的是配备了一个仪器,可以检测任何在这些非常寒冷,黑暗的陨石坑。

因此,航天器确实需要“夜视镜”来探测水冰的存在,而这直到20世纪90年代才实现。有两个任务叫做克莱门汀和月球探勘者。

月球上的水是从哪里来的?

没错!找到水是一回事,但下一个问题是,水是从哪里来的?氢有两种形式[同位素]。一个是我们知道的氢,它的原子核中有一个质子,另一个叫做氘,它包含一个质子和一个中子。太阳在太阳风中释放出几乎纯氢,但氘可以在分子云(星际空间中的气体云)中形成,这意味着它实际上可能来自太阳系更远的地方,甚至是太阳系之外。

所以想象一下这样一个场景:一颗遥远的彗星与月球相撞,并将大量富含水的物质带到月球两极。与太阳风或月球内部岩石中的氢形成的水相比,彗星上的水具有独特的氢同位素组成。这就像彗星自身的水DNA。

如果我然后去收集月球尘埃从这个极地,彗星贡献了一些水,我把它带回实验室,在那里我测量水的同位素组成,与多少水存在,我将能够说X %的水是彗星起源。所以,结合测量水的数量和同位素组成将告诉我们很多关于氢,以及水,可能来自哪里的信息。

这一发现是在克拉维乌斯陨石坑发现的,这是由月球轨道器4©NASA/喷气推进实验室重新处理后拍摄的图像
这一发现是在克拉维乌斯陨石坑发现的,这是由月球轨道器4©NASA/喷气推进实验室重新处理后拍摄的图像

这会让人类探索月球的前景变得更容易吗?

它有很多帮助的方式,很难把它提炼成一个句子。目前,南极地区是热门的目的地,因为在那里的多个任务已经表明,可能存在水的永久阴影环形山。但现在,如果我们也看到了在非阴影区域存在某种形式的水的可能性,那么这意味着你在不冒着生命危险或仪器掉进一个可能低于-200摄氏度的洞里的情况下,就提高了找到水的可能性。

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这不仅仅是把人送上月球。如果你仔细想想,它对下一代科学家的鼓舞作用是巨大的。它表明,当你观察得足够深入时,你的头脑就会充满好奇,你就会发现这些以前没人认为是可能的发现。