月球之水從哪兒來

  • 2018-09-07 16:44
  • 來源: 科技日報

    由夏威夷大學研究人員領導的一個科學家小組近日在美國《國家科學院學報》上發表研究報告稱,他們分析了印度“月船1號”探測器攜帶的月球礦物繪圖儀所得到的數據,發現了固態水——冰的近紅外吸收光譜特徵,證明那是月球上的水冰。

    月球上真的有水嗎?如果有水又是從哪來的呢?科技日報記者就此採訪了相關專家。

    月球存在水冰設想已提出30余年

    中國科學院國家天文臺研究員鄭永春告訴科技日報記者,月球上有沒有水,如果有水,又是以什麼方式存在的?一直以來,這些問題在學術界爭論不休。

    月球存在水冰的設想最早是由美國科學家肯尼思·沃森等人在1961年提出的。他們認為,月球極地一些撞擊坑底部,可能處于太陽照射不到的永久陰影區,表層和次表層的溫度常年維持在零下233攝氏度到零下223攝氏度。原始月球脫氣作用産生的水,以及彗星撞擊月球攜帶至月表的水,在這樣的低溫條件下,很可能會以水冰的形式長期保存下來,逃逸進入太空的可能性很小。他們推測,月球兩極的深坑底部可能存在大量水冰。

    “在月球水冰設想提出後的30余年間,許多科學家進行了多方面的探索,直到上世紀90年代,都沒有找到月球有水的確鑿證據。”鄭永春説。

    但科學家沒有停止在月球上找水的努力。1994年,美國發射克萊門汀號月球探測器。該探測器的雷達回波顯示,月球上可能有水。1998年,美國發射的月球勘探者號探測器探測結果顯示,在月球兩極地區存在豐富的氫,據此,科學家推測,月球極區可能含有豐富的水冰。但這兩次的結果都有較大爭議。

    一直到2009年。“美國科學家利用火箭末子級撞擊月球表面,撞出的物質飛上太空被衛星拍下照片。通過對這些塵埃物質進行光譜分析,科學家發現這些物質是含水的。”中國航天科工集團第二研究院研究員、國際宇航聯空間運輸委員會秘書長楊宇光告訴科技日報記者。

    “近年來隨著傳感器及探測技術的整體提升,在月球上找水的進度加快。實際上,美印科學家此前就對‘月船一號’的數據進行了分析,結果表明月球兩極永久陰影區域可能有不同來源的水。”中國科學院國家天文臺研究員平勁松告訴科技日報記者,但當時的數據分辨空間率不高,此次,研究人員再次綜合分析了“月船一號”及其他相關數據,給出了月球極地陰影區域的水體分布圖。

    “但科學家迄今得到的都是關于月球上存在水冰的重要間接證據,如果要拿到直接證據,需要原位探測器或巡視探測器去取回月球上的岩石或土壤樣本,在其中找到水冰。”楊宇光説。

    關于水來源的幾種推測

    這些月球上的水來自哪裏?是月球在遠古時期就有,還是來自其他天體?鄭永春表示,正如地球上的水從哪來的有很多説法一樣,科學家對月球上水的來源也有幾種推測。

    一種説法是,月球上的水是由小行星和彗星撞擊帶來的。2011年,美國研究人員對阿波羅飛船帶回的月球表面岩石標本進行了分析。他們重點測量了標本中一類名為磷灰石的礦物所含的氫同位素組成比例。結果發現,其組成比例與3個已知彗星中的氫同位素組成比例接近。由此研究人員認為,彗星是月球上水的主要來源之一。

    2016年,美國、英國和法國的研究人員發現,大部分月球內部存在的水可能是40多億年前月球形成初期小行星撞擊月球後留下的。

    “月球表面有很多撞擊坑,是被小行星和彗星撞擊形成的,彗星是攜帶很多水冰的小天體。當撞擊到月球上之後,彗星上的冰就會留存下來。”鄭永春説。

    也有一些科學家認為,月球上的水或許來自于太陽和地球。

    太陽會發射出不間斷的粒子流,這一現象被稱為“太陽風”。太陽風中的粒子大部分是氫離子,也有氦離子和氧離子的痕跡,由于地球有厚實的大氣層和磁場,它們是無法抵達地球的。但是月球沒有這些保護層,不斷遭受太陽風的襲擊,其中的粒子會留在月球表面的塵埃中。這些氫離子會和月球表面的氧化物發生反應而生成水分子或相近的羥(HO)。

    2012年,美國研究人員對阿波羅係列探月飛船帶回的月球土壤樣本進行分析後指出,這些樣本中的大多數都含有羥基和水,其中的氫原子與太陽上的一樣。

    此外,太陽風也會將地球大氣層外的一些水分子吹到遠方,而當月球經過這些地方時,就會捕獲來自地球上的水,但這兩種理論並沒有得到廣泛認同,也難以形成較大的水資源規模。

    平勁松則認為:“和地球一樣,月球上的水主要是固有的,來自太陽的塵埃星盤,後來在大撞擊時代,又有小行星、彗星帶來的水作為補充,但補充有限。此外,太陽風與岩石月塵的作用,雖可以在月球表面生成水分子,但能留下來的幾率太小。”

    開採月球水冰至少需要10年

    水是人類生存的必須物質,科研人員千方百計在月球上找水,是為了未來有一天能定居月球嗎?

    楊宇光説,月球的環境非常惡劣,完全不適宜人類居住,移民月球的可能性很小。

    “不論是月球還是火星,更現實的計劃是建立長期有人值守的科學考察基地,開發它的資源。”楊宇光説。

    他解釋道,在太空中其他星球上找到氧是很容易的,因為岩石裏包含金屬氧化物,有豐富的氧元素,但是氫並不容易找到。月球上發現水冰,電解之後可得液氫、液氧,它們能用來制備效率較高的火箭燃料,極大地降低太空任務的成本。

    “月球上的引力只有地球的六分之一,如果月球上有各種資源,將來人類在去往火星或其他星球的時候,物資就可以從月球補充,同時,如果能在月球表面制備水的話,成本會小很多。月球可以成為人類探測銀河係的一個中轉站。”楊宇光説。

    鄭永春持相似的觀點:“人類最多是在月球上建個小型基地,用原位資源,也可以生産水和氧氣。”

    此外,今年6月,在科羅拉多礦業學院舉行的空間資源圓桌會議上,人們探討了開採月球水冰的可能性。與會者討論後認為,將月球上的資源定量化,加上開發和部署技術的時間,開採月球水冰至少需要10年。(記者 操秀英)

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責任編輯:石毅

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