如果希望将载人任务送往遥远行星的太空科学家可以许一个愿望，那么许多人会要求在地球引力之外有一个方便的水源。而3月5日，他们可能已经得到了这个愿望。上周四，美国国家航空航天局（NASA）的研究人员欣喜地宣布，月球探勘者号宇宙飞船证实了早先的迹象，即月球两极的黑暗寒冷区域存在潜在的可提取的冰。
图片：月球探勘者号 “我们确定！”首席研究员艾伦·B·宾德在 NASA 新闻发布会上宣布了探勘者号的发现。 |
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“我们确定我们找到了水，”来自月球研究所的月球探勘者号首席研究员艾伦·B·宾德在 NASA 艾姆斯研究中心举行的记者招待会上告诉挤满的人群。根据目前的初步数据，研究人员估计月球土壤或风化层中混合着 1100 万至 3.3 亿吨的冰冻水。这些水似乎分布在北极的 3,600 至 18,000 平方英里，以及南极地区的 1,800 至 7,200 平方英里。此外，南极附近的水浓度似乎是北极地区的两倍。
如果可以开采水，它将成为建立永久性或半永久性月球基地，以及可能为未来载人火星任务建立中转站的促成因素。水可以用于家庭用途，也可以分解为氢气和氧气以提供可呼吸的空气。这两种元素也可以重新组合作为航天器或基地本身机器的燃料。“这对于进一步探索来说是一笔巨大的资源，”宾德说。事实上，NASA 科学家估计，水的供应将使火星任务的成本降低约 50%。
图片：NASA 陨石坑湖。克莱门汀号在月球一日拍摄的月球南极地区图像显示，深陨石坑被阳光遮挡。 |
月球上存在水的第一个证据是 1994 年由国防部和 NASA 联合发射的名为克莱门汀号的宇宙飞船发回的。克莱门汀号使用雷达探测到永久阴影的南极地区存在水的迹象，科学家认为这是最有可能寻找水的地方。尽管令人兴奋，但这些数据并非结论性的。
月球探勘者号于 1 月 6 日发射，作为 NASA 低成本探索计划的一部分，旨在研究月球的组成，显然在其计划的两年的任务的头几周就消除了疑虑。在接下来的几个月中，探勘者号将继续发回更详细的数据，最终将从目前月球表面上方 62 英里的轨道降至仅 6 英里，以便更近距离地观察。
科学家认为，撞击的彗星带来了现在存在于月球上的所有水。“月球诞生时是热的，”宾德说，“所有的空气和水都蒸发了。”即使是撞击月球光照区域的彗星中的水也会在白天温度超过 250 华氏度的情况下迅速蒸发。水分子唯一可以保留的地方是在陨石坑的阴影中和月球的永久黑暗区域，那里的温度保持在零下 280 华氏度的冰冷状态。
探勘者号的中子光谱仪所做的新发现证实，水被困在月球的寒冷区域。来自太阳风的中子不断轰击月球。但是，如果一个中子与一个氢原子碰撞，它就会失去速度。
探勘者号上的光谱仪探测到地面上反射出更多这些冷却的或所谓的热中子的区域，与它们更高能量的对应物，称为超热中子相比。根据宾德的说法，来自中子光谱仪的数据比率图“揭示了分别在南北极地区的相关曲线上出现明显的 3.4% 和 2.2% 的下降——这是一种人们在存在水冰时应该期望找到的数据‘特征’。”
下一个问题是究竟有多少。如果冰以固体片或块状形式存在，那么超热中子的数量下降幅度会更大。目前的数据表明，冰是以小晶体的形式存在，约占月球岩石土壤的 0.3% 至 1%。在这种浓度下，一立方码的土壤将包含多达 5 加仑的水。
关键问题是水深入月球风化层的深度。目前的估计是基于中子光谱仪信号可以穿透的深度——大约一英尺半。但是，加州大学圣地亚哥分校的詹姆斯·阿诺德估计，在过去二十亿年中，所有撞击可能“整理”过的月球风化层的量延伸到大约 6.5 英尺的深度。如果他是正确的，那么月球探勘者号对水冰的估计将不得不增加最多四倍，达到 4400 万至 13 亿吨的范围。
图片：月球探勘者号 月光。洛斯阿拉莫斯国家实验室的威廉·C·费尔德曼认为，水可以直接从冰冻的月球土壤中蒸馏出来。 |
尽管如此，当前估计中的水量仍然是一笔潜在的意外之财。“我们的数据与大量陨石坑中存在水冰的情况一致，”洛斯阿拉莫斯国家实验室的联合研究员和光谱仪专家威廉·C·费尔德曼说。“那里有足够的水来支持适度的殖民数个世纪。”
根据 NASA 的说法，一个足球场大小的区域将产生足够的水，以满足六人机组人员的饮用、食物准备、沐浴和洗涤需求；为一年产生 100 兆瓦的电力；或产生足够的推进剂，将两组各四人的机组人员从地球运送到月球。
将那么多水带到月球将是一项代价高昂的提议。目前，将一磅材料送入轨道大约需要 10,000 美元。NASA 正在进行研究，目标是将这个数字降低 10 倍，仅为每磅 1,000 美元，但即使按照这个速度，为永久基地提供水（即使回收利用）的成本也将达到数万亿美元。
尽管如此，一些科学家认为，将水运入太空可能仍然比从月球土壤中提取水便宜。但是 NASA 的科学家强烈反对，指出黄金是以每吨几粒的速度进行经济开采的。根据费尔德曼的说法，水可以通过简单地在封闭的腔室中加热土壤来提取，就像蒸馏器一样；能量可以由位于陨石坑上方的太阳能电池板提供。“这将像酿造月光一样，”他打趣道。“我们为未来的任务铺平了道路。”