月球南極地區(qū)有著太陽系中一些最極端的環(huán)境：那里冷得令人難以想象，到處都是坑坑洼洼，有的地方要么經(jīng)常沐浴在陽光下，要么就是黑暗中。

作為其阿爾特彌斯計劃的一部分，這正是為什么美國宇航局希望在2024年登月時將宇航員送到那里。這個最南端地區(qū)最吸引人的特征是火山口，其中一些從未見過陽光到達地面，原因是陽光照射兩極表面的角度較低。對于一個站在月球南極的人來說，太陽會出現(xiàn)在地平線上，從側(cè)面照亮月球表面。

因此，主要掠過一些月球南極隕石坑的邊緣，而留下它們深處的陰影。由于永久的黑暗，美國宇航局月球勘測軌道飛行器(LRO)測量了這些隕石坑內(nèi)太陽系中最冷的溫度，這些隕石坑被認為是保存水等物質(zhì)的完美環(huán)境。事實證明，盡管氣溫下降到零下零下233攝氏度（388華氏度），而且據(jù)推測可能會使凍土永久凍結(jié)在土壤中，但月球表面最上層的超薄層(比紅細胞的寬度還薄)正在慢慢流失水分。科學(xué)家認為這些極地隕石坑的某些區(qū)域會積水，僅此而已。

但也有太陽風粒子和流星體撞擊火星表面，可以推動通常發(fā)生在地表溫度較高時的反應(yīng)，這一點沒有得到強調(diào)。與地球不同的是，月球沒有大氣層來保護表面。因此，當太陽向太陽系噴射出被稱為太陽風的帶電粒子時，其中一些粒子會轟擊月球表面，激起水分子四處彈跳，到達新的位置。同樣的，任性的流星體不斷地撞擊地表，將土壤和冰凍的水分子“連根拔起”。流星體可以將這些比人類頭發(fā)寬度小很多倍的土壤顆粒，撞擊到距離撞擊地點19英里(30公里)遠的地方，這取決于流星體的大小。

這些粒子之所以能傳播得如此之遠，是因為月球的引力很低，沒有空氣來減緩速度：所以每次發(fā)生這樣的撞擊，都會有一層非常薄的冰粒散布在月球表面，暴露在太陽的熱量和太空環(huán)境中，最終升華或消失在其他環(huán)境過程中。盡管重要的是要考慮到，即使在陰影環(huán)形山中，水也在慢慢滲出，但也有可能有水被加入其中，撞擊月球的冰冷彗星，加上太陽風，可能會補充月球的水分，成為月球全球水循環(huán)的一部分，這是科學(xué)家們正在試圖解決的問題，此外，目前還不清楚有多少水。

科學(xué)家們想知道，水是只存在于月球表面的表層，還是深入月球地殼？不管怎樣，科學(xué)家的計算，月球極地隕石坑的最上層在幾千年時間里正在被重新改造。因此，科學(xué)家們用LRO的萊曼阿爾法測圖儀(LAMP)等儀器在兩極探測到的微弱霜斑可能只有2000年歷史，而不是一些人所預(yù)期的數(shù)百萬年或數(shù)十億年，不能把這些隕石坑看作是冰冷的死點。為了證實這個計算，未來一種能夠探測水蒸氣的儀器應(yīng)，該能在月球表面以上發(fā)現(xiàn)每立方厘米被撞擊釋放出的1到10個水分子。

未來月球探測的好消息

對于即將到來的科學(xué)和探索，水分子的散射可能是個好消息。這意味著宇航員可能不需要為了找到富含水分的土壤而讓自己和儀器，處于陰暗隕石坑底部的超低溫環(huán)境中——只需要在附近陽光充足的地區(qū)就可以找到。這些研究表明，流星體正在為我們做一些工作，把物質(zhì)從最冷的地方運送到一些邊界地區(qū)，宇航員可以用太陽能探測車進入這些邊界地區(qū)，這也告訴我們，需要做的是登上月球其中一個區(qū)域的表面。

獲得一些關(guān)于正在發(fā)生事情的第一手數(shù)據(jù)，到達月球表面將使評估月球上有多少水變得容易得多。因為從遠處辨認水，尤其是在永久陰影籠罩的隕石坑中，是一項棘手的工作?？茖W(xué)家們發(fā)現(xiàn)水的主要方法是通過遙感儀器，可以根據(jù)物體反射或吸收的光來確定是由什么化學(xué)元素構(gòu)成。但要做到這一點，需要一個光源，從理論上講，這些永久性的陰影區(qū)域并不強大。

了解月球上的水環(huán)境

在美國國家航空航天局(NASA)宇航員重返月球挖出一些土壤，或在月球表面發(fā)射新的儀器，可以嗅出漂浮的水分子之前，關(guān)于流星體對月球陰影環(huán)形山內(nèi)部環(huán)境影響的理論研究，可能有助于解開圍繞月球水的一些謎團。這已經(jīng)幫助科學(xué)家們了解最上層地表水是新的還是古老的，或者水是如何在月球周圍遷移的。流星體對隕石坑底部的另一個影響可能有助于解釋，為什么科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)的是風化層或月球土壤中稀薄的一片片霜，而不是純水冰塊。盡管有很多關(guān)于水的問題，但重要的是要記住，直到近十年，科學(xué)家們才發(fā)現(xiàn)了證據(jù)。

證明月球并非像許多人長期以來所認為的那樣是一塊干燥、死亡的巖石。LRO有1pb的返回科學(xué)數(shù)據(jù)(相當于20萬部高清長片視頻)，它起到了重要作用。月球隕石坑觀測與傳感衛(wèi)星(LCROSS)也是如此，該衛(wèi)星在2009年故意撞擊卡比烏斯隕石坑，并從隕石坑底部釋放出含有水的一縷保存物質(zhì)后，發(fā)現(xiàn)了冰凍的水。科學(xué)家懷疑兩極有水，并從LCROSS那里得到了肯定的信息，但現(xiàn)在有證據(jù)表明，中緯度地區(qū)有水，也有證據(jù)表明有水來自微流星體的撞擊。

博科園｜研究/來自：美國宇航局戈達德太空飛行中心

參考期刊《地球物理研究快報》

DOI: 10.1029/2019GL083158

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