水分子现身月球光照区 但离成为“资源”还有很大距离

　　

　　2019年4月15日，NASA宣称其月球大气与粉尘环境探测器探测到来自流星体撞击月球时产生的水蒸气。图为科学家制作的概念图。NASA

　　地球这颗蓝色星球，依靠大量珍贵的液态水，孕育出蓬勃生命。但与地球相隔仅38万公里的月球，却一片荒芜，寸草不生。

　　月球究竟有没有水？科学家从未停下探索的脚步。此前科学家推测，月球背面常年阴暗的陨石坑里可能藏有冰。如今，两项最新研究证实，月球光照面也可能存在水。

　　10月26日《自然·天文学》发表文章称，美国国家航空航天局（NASA）依靠平流层红外天文台“索菲亚”，在月球光照区——月球南半球的克拉维斯环形山表面，首次探测到了水分子。

　　这一发现表明，水可能分布在整个月球表面，而不仅限于阴暗的月背。换句话说，即使在太阳辐射下，水也能在月球表面存在着。

　　月球光照面的水从何而来？此次发现是否会改写此前月球水的来源理论？月球光照面的水资源是否可以被我们所利用？

　　6微米波段出现水分子信号

　　确切地说，这并不是月球上首次发现水。

　　月球上可能存在水的线索，是通过水组分的信息一点点“拼凑”出来的。南京大学天文与空间科学学院教授周礼勇告诉科技日报记者，科学家一般通过光谱的遥感探测来寻找水分子信号，而水冰的光谱在2微米波段附近，具有显著的特征，所以科学家一般通过这些特征来寻找月球上的水。

　　1998年，NASA的“月球探勘者”号探测器搭载了一台中子光谱仪，在月球南北极探测到了氢元素的富集。这可能来自水，但也可能来自任何含有氢的物质。

　　对于科学家来说，那些被阳光照射到的，温度较高的区域是否存在水，更加令人着迷。

　　而在月球光照区发现水的线索，则要到2009年，印度“月船1号”、NASA的“深度撞击”号和“卡西尼”号3个不同的探测器，在阳光照射的月球表面发现了疑似水的微弱痕迹，但他们无法分辨那究竟是水，还是水的组分“羟基”。

　　当时，这几个探测器的光谱仪，工作波段大多在可见光到近红外线的范围，只能通过2.8—3.0微米波段的反射光谱吸收带，来判断探测到的物质。羟基、水在3微米波段附近有不同的吸收特征，但当时的探测器没能完整覆盖这个区域，所以科学家无法判断探测到的物质到底是羟基还是水分子。

　　“当时有一种观点认为，月球表面存在羟基，羟基结合上氢就可以形成水，而宇宙中存在着大量的氢，所以有羟基基本上就可能有水，但也不能说有羟基就一定存在水分子。”周礼勇说。

　　想要明确分辨羟基和水分子，并非无计可施。水分子在6微米波段有个独特的辐射信号，这是羟基完全没有的特征。

　　但是，想要检测到这种红外波段非常困难，目前的月球探测器上都没有装载能检测6微米红外波段的光谱仪。而地面观测器也无能为力，因为地球大气层中的水蒸气会隔绝这个波段的光。

　　于是，让飞机带着光谱仪飞到合适的高度进行探测，就成为不错的出路。执行这次特殊任务的“索菲亚”，是一架改装过的波音747SP喷气客机。它搭载望远镜的观测波段，覆盖5—8微米，非常适合在6微米波段寻找水分子。

　　2018年8月，当时还在美国夏威夷大学攻读博士学位的凯西·霍尼鲍尔（Casey Honniball）及其合作者用“索菲亚”搭载的红外望远镜，对月球正面光照区——月球南半球高纬度的克拉维斯撞击坑一带进行了观测。结果天遂人愿，他们在辐射光谱里发现了6微米波段的辐射信号，说明那里确实存在水分子。

　　比撒哈拉沙漠干燥100倍

　　在阳光照射的月表，水分子想保留下来非常不易。此次的探测数据显示，水被“困在”月球表面的土壤中，浓度为百万分之100至400，相当于每千克月壤中含有100—400毫升水。凯西指出，这比撒哈拉沙漠还要干燥100倍。不过精确的水含量需要进一步验证，因为这一估值是基于月球表面的一个时间、一个地点的一次观察结果得出的。

　　让人感到不解的是，这些水分子是如何保留下来的？

　　“有一种设想认为，可能是携带水的彗星，从距离太阳很远的地方撞击月球，将彗星上的水以某种形式束缚在了月球上；但也有可能是太阳风中的氢和月球表面的氧反应后，形成羟基，进而与氢离子结合形成水分子。”周礼勇说，含水的彗星等撞击月球表面产生的能量熔化了月球表面的岩石和土壤，当熔化物迅速冷却成玻璃体时，彗星带来的水就会被封入其中，可以在月球表面严苛的环境中长期存在。