NASA新发现：首次确认月球表面有水！
NASA宣布：月球表面首次证实有水存在。
在美国东部时间周一下午的新闻发布会上公布了这一重大新发现。这一发现表明，水可能分布在月球表面，而不仅仅局限于寒冷、阴影笼罩的地区。
美国宇航局的平流层红外天文观测台(Sofia)在月球南半球的一个陨石坑中发现了水分子(H2O)。发现在太阳炙烤的月球土壤中，以及在小而黑暗的陨石坑中，都有水的迹象。这个陨石坑很大，从地球上都能看到。
Artist’s concept of NASA astronauts prospecting for water ice near the lunar south pole. Credit: NASA
在人类探索太空时代的大部分时间里，月球一直被认为是一个没有水的世界。
然而，近年来，持续不断的发现表明，至少月球的某些部分——比如月球两极巨大的、永久被阴影笼罩的陨石坑——含有大量的水。本周，发表在《自然天文学》杂志上的两项新研究让人们对一个意想不到的水月亮的前景有了更多的认识。
（对话本公众号回复：月球，即可或者本篇论文全文pdf）
在《自然天文学》上发表的另一项研究中，研究人员表示，月球上隐藏的水块可能比之前认为的更为普遍。研究人员认为，在某些情况下，小块的冰可能存在于不到一便士大的永久阴影中。月球表面大约有4万平方公里的面积具有蓄水的能力。“宇航员可能不需要进入这些很深的黑暗阴影。“他们可以四处走动，找到一个一米宽的，很可能有冰的地方。
“现在我们知道它就在那里。'
水——我们熟悉的水——可能存在于月球被阳光照射的那一面。
“如果没有厚厚的大气层，阳光照射下的月球表面上的水应该会消失在太空中。“但我们还是看到了它。一定是什么东西在产生水，一定是什么东西把水困住了。”
论文作者认为，假定的水最有可能储存在自然形成的火山玻璃中，或者夹在岩石尘埃的微观颗粒之间。这两种情况都可以保护月球免受月球表面极端温度和接近真空的环境影响，从而使月球表面的水能够持续存在。专家表示，在水的输送和生成过程中，可能有几种力量在起作用。携带少量水的微陨石如雨点般落在月球表面，会在撞击时将水沉积在月球表面。
一种可能性是，太阳的太阳风将氢气输送到月球表面，并与土壤中的含氧矿物发生化学反应，产生羟基。与此同时，来自微陨石轰击的辐射可能会将羟基转化为水。它补充说，这些水可能会被困在土壤中的微小珠状结构中，这些结构是由微陨石撞击产生的高热量形成的。
另一种可能性是，它可能隐藏在月球土壤颗粒之间，不受阳光照射——这可能使它比困在珠状结构中的水更容易接近。
至于水最初是如何到达月球的，没有人能确定，但最主要的解释是，水可能是由微陨石撞击月球岩石释放出的自由氧和氢形成的。
NASA’s Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy (SOFIA) is shown airborne with the sliding door over its 17-metric-ton infrared telescope wide open. Credit: NASA and Jim Ross
从美国宇航局平流层红外天文观测台(SOFIA)收集的数据中，首次发现了月球上存在水的迹象。这架改装过的波音747SP喷气式飞机为其2.7米高的望远镜提供了99%以上的大气模糊水蒸汽的视角——这是一种独特的能力，允许在不使用天基设备的情况下进行敏捷的红外观测。在索菲亚望远镜(Forcast)上使用其微弱物体红外照相机，它能够捕捉到水分子特有的波长，6.1微米，并在阳光充足的克拉维乌斯陨石坑发现了令人惊讶的浓度。
利用索菲亚飞船上的红外仪器对受阳光照射的月球表面进行了研究。这次观测仅持续了10分钟，聚焦在靠近月球巨大的克拉维乌斯陨石坑附近的高纬度地区，发现了陨石坑及其周围地貌发出的波长为6微米的强烈红外辐射。由于受到太阳的加热，月球表面的某些东西重新发射吸收的辐射，就像水分子平原 H₂O一样。先前对月球表面的观察发现了某种形式的氢，但无法区分它是水还是它的化学近亲羟基(OH)。研究人员发现，水的浓度为百万分之100到百万分之412——大致相当于一瓶12盎司的水——被困在一立方米遍布月球表面的土壤中。
作为对比，撒哈拉沙漠的含水量是索菲亚在月球土壤中检测到的100倍。
SMALL SHADOWS, IMMENSE POSSIBILITIES
小小的阴影，无限的可能
对于NASA和其他太空机构来说，这个时机非常合适，现在正计划着雄心勃勃的人类探月任务，甚至是定居。毕竟，哪里有水，哪里就有生命——即使生命仍然需要太空服和抗辐射的栖息地。
根据美国宇航局的阿尔特弥斯(Artemis)项目，该机构迫切希望在2024年将第一个女性和下一个男性送上月球表面之前，尽可能了解月球上是否存在水，并在这十年结束前在那里建立一个可持续的人类存在。
最终，月球水作为一种资源的开发可能会引发整个地外经济，这种物质将成为火箭燃料和其他宝贵的消耗品的利润丰厚的原料。
“月球上有水的发现重塑了我们对最近天体邻居的认识，今天的宣布将把我们的理解提升到一个新的水平。”“使用少量的月球自然资源可以让宇航员更容易地探索月球，我们希望这些水可以用来在月球表面制造饮用水和火箭燃料。”“这一发现挑战了我们对月球表面的理解，并提出了有关深空探索资源的有趣问题。尽管目前还不清楚获取水源的难易程度。美国宇航局表示，尽管水的数量很少，但这一发现提出了新的问题，即水是如何产生的，以及它是如何在严酷、无空气的月球表面存在的。基本的化学原理应该允许水分从极干燥的月球物质中被挤出。他说:“将含氢风化层加热数百度，会导致一些氢与硅酸盐中的氧发生反应，在月球上几乎任何地方都产生水。”
Oblique view of the sunlit rim of Shackleton, a large, deep crater near the lunar south pole with a permanently shadowed interior that harbors substantial water ice. Credit: NASA, GSFC and Arizona State University
几十年来，科学家们一直在研究这类月球区域的水储藏潜力，但之前的工作主要集中在月球两极巨大陨石坑内的大型冷阱上。相比之下，最新的结果将冷阱的尺寸范围扩大到直径1厘米。由科罗拉多大学博尔德分校行星科学家保罗·海恩领导的团队通过分析美国宇航局月球勘测轨道飞行器的高分辨率图像发现，这种“微型”冷阱比在月球两极附近经过充分研究的大型冷阱要普遍得多。新的计算方法将月球表面容纳水的面积提高到大约40000平方公里，这是一个泛月球区域，合起来将是威尔士的两倍大。海恩说:“新发现的微型冷阱是月球上数量最多的，比之前绘制的冷阱多出数千倍。”“如果它们全都是冰，这可能是一个相当大的数量，可能超过10亿公斤的水。”
需要机器人或宇航员进行现场取样，以正确评估它们实际的冰含量。关于微型冷阱，真正令人兴奋的是，它们更容易获得，这可能使科学和探索目的更有效的提取和利用成为可能。事实上，这种微小的潜在冰库的扩散更容易为未来的任务所用，因为这些冰库所在的区域，沐浴在阳光下的宇航员可以舒适而安全地使用工具进入危险的寒冷阴影，挖出任何冰。目前而言，直接测量是最重要的下一步。“现在需要的是接触月球表面，收集详细的地面真相。”要进行现有的勘探和资源利用计划，不仅必须确认水冰的存在，而且必须确认其形态、浓度、分布和丰度。
Reference：
https://www.nature.com
https://www.scientificamerican.com/article/water-found-in-sunlight-and-shadow-on-the-moon/
https://www.heraldscotland.com/news/18823141.nasa-moon-announcement-hidden-pockets-water-discovered/