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一铲月壤半杯水?月球水循环的真相

月球不是单纯干燥石块。它的两极永久阴影坑里存在真正的水冰,这一点近十年的探测数据早已证实。这些冰不像地球两极冰盖那样直观

月球不是单纯干燥石块。它的两极永久阴影坑里存在真正的水冰,这一点近十年的探测数据早已证实。这些冰不像地球两极冰盖那样直观可见的。它们躲在永远照不到阳光的陨坑底部,在零下233摄氏度的极寒中封存了几十亿年。

月球上的水有三种存在形态。含量极低、低到可以忽略的是气态水。月壤的矿物结构里,蕴含着分子水和羟基,白天被太阳照射会挥发,夜晚降温又重新吸附回去。只有水冰具备稳定的固体形态,永久阴影坑的极寒环境是其必需,才能避免被太阳风分解或挥发到宇宙中。

科学家靠五种方法锁定了水冰的踪迹。红外光波段的特殊吸收信号,被印度月船1号携带的仪器捕捉到,这是水冰独有的识别特征。火箭残骸被美国LCROSS探测器操控着撞击南极陨坑,浓度5%左右的冰粒在溅起的尘埃中被检测到,一铲月壤差不多能挤出半杯水。

阴影坑内壁会产生特殊回声,这一现象被月球勘测轨道器的雷达扫描发现,是冰与岩石混合后的典型反应。在两极区域,中子探测器检测到偏多的慢中子,氢原子是导致这一现象的主要原因,水冰是月球上多数氢的来源。韩国探路器的高灵敏度相机拍到阴影坑内壁的亮斑,与含20%冰的土壤模型反照率完全匹配。不同探测手段各有侧重却能彼此呼应,多重数据被科学家用来交叉验证,避开单一结果的偏差,科研的严谨性在这样的过程中自然显现。

水冰在月球上的分布并不均衡。南极远多于北极储量。直径几公里的小陨坑底部是它们多数的集中地,覆盖率只有3%左右。表面约10微米处,是目前能探测到冰的范围,若地下有连续冰层,总量可能达到数千亿吨。平时我们觉得沙漠里的水珍贵,月球上的冰按亿吨计算却难获取,稀缺性和庞大储量的反差,让宇宙多了层现实质感。

这些冰的形成源于多种作用叠加。彗星和含水陨石撞击月球时,携带的水汽会被抛向两极。古代月球火山喷发时,内部水分也会随岩浆一同释放。太阳风中的氢原子与月壤中的氧原子结合形成羟基,再经微陨石撞击转化为水分子,最终被极寒环境冻结封存。

水冰对人类深空探索的意义非同一般。平均能从1吨月壤中提炼出来半升水,刚好满足宇航员的饮用需求。水能够借助电解技术,分解为氢气和氧气,可供呼吸的空气能由氧气混入氮气制成,高效火箭燃料就是液化后的氢气。地月运输的成本高得惊人,每千克就要5万到9万美元,若能在月球就地利用水冰,去火星的飞船就能减少几十吨燃料携带量,探测成本会大幅降低。月球水冰的价值体现在解决生存需求上,也体现在可能改写深空探索规则,让人类从地球依赖转向太空自给,这是探索理念的重要转变。

2026年将是月球水冰探测的关键年份。计划发射中国嫦娥七号探测器,由轨道器、着陆器、巡视器和飞跃器组成。水分子分析仪,将由其中的飞跃器携带,首次进入永久阴影坑内部勘查。为应对复杂地形,亚百米级的定点着陆精度被嫦娥七号实现,比以往提升了两个数量级,主动式着陆缓冲技术也已突破,能在不同坡度实现重复着陆。绕月飞行测试将在同年由NASA的阿尔忒弥斯计划开启,为后续载人登月和水冰开采铺路。