月球有水吗?

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  2013年下半年,“嫦娥三号”探测器将登陆月球,届时,不知道又有多少月球秘密将大白于天下,也许就包括关于水的困惑。
  月球有水吗?这是一个困扰我们许久的难解之谜。
  航天新发现:月表有水
  早在2009年9月,美国宇航局宣布,经过对3个独立航天探测仪器传回的数据研究分析,发现月球表面存在水和羟基1。这是人类自1959年1月2日开始发射航天器对月球进行探测以来,首次确认月面有水。
  在月球上找水,一直是航天探月活动的一个重点问题。以前主要在月球陨石坑内寻找,没想到,首次发现月球有水,竟然是附着在月球土壤表层、普遍存在的水。
  专家最先是根据印度首颗探月卫星“月船1号”提供的数据分析得出了这个结论。这颗探月器载荷了多台美欧提供的科学仪器,其中就包括美国宇航局研制的重要仪器“月球矿物质绘图仪”,即M3。
  M3利用光谱扫描的方式来开展探测工作。月球上没有大气层和云雾,太阳光能够直接照射到月面上,M3在绕月运行过程中,对月面反射太阳光的情况进行追踪扫描分析,从获得的数据能判断月球土壤中的物质元素成分。也就是说,根据达到吸收峰值的光波波长数值,就可以判断月面上可能存在的对应物质。美国专家分析数据后发现,月球两极地区吸收的光波波长与水分子和羟基1分子吸收的光波波长相一致,从而确认了月面存在水和羟基物质。水分子是由一个氧原子和两个氢原子组成的,而羟基1则是由一个氧原子和一个氢原子组成的。
  三个探测器共同证实
  以前,多次航天探测和12名航天员登月都没有在月球表面找到水,所以人们一直认为月球是一个干燥荒凉的星球。以至于研究人员对M3提供的数据产生了怀疑,以为仪器出了故障,给出的是错误信号。
  这时,研究组成员森夏恩想起,他在美国“深度撞击”号探测器上也安置过类似M3的仪器。这颗彗星探测器曾释放子探测器撞击过“坦普尔1号”彗星的彗核,其后又绕经月球飞行。于是,研究人员从这台仪器上也找到月球上有水和羟基1的信号。这就基本解除了研究组原本存在的疑惑。
  但是,他们没有就此止步,而是又找到装有类似M3仪器的“卡西尼”土星探测器的记录。通过数据分析,他们再次发现了月球有水和羟基1的信息。
  不同航天器上的3台探测仪器同时出现同类型故障的概率几乎为零,所以这就证实了月球上确实存在水和羟基物质。
  2009年10月9日,美国宇航局用一枚重2,2吨的半人马座火箭和一个重891千克的牧羊探测器连续撞击月球南极的凯布斯坑。从溅起的坑底物质中发现,至少撞出了96升水,此举揭示了月球南极永久阴影带里存在水冰。这一堪称里程碑式的发现,终于使月球露出了神秘的一面。
  在2010年,美国宇航局又在月球北极附近发现了数十个含水陨石坑,其中至少蕴藏有6亿吨水冰。
  月球表面水的来源
  月球表面水和羟基1的来源又是何方呢?
  研究人员分析称,其形成和滞留是一个持续进行的过程,有些可能来自撞击月球的彗星或小行星,有些可能来自因为撞击而释放的困于月表下面的水,但绝大部分则可能是太阳风的缘故。
  太阳风是日冕因高温膨胀而向外抛出的超音速带电粒子流,其中主要是带正电荷的氢原子。由于地球有大气层的阻隔和磁场的屏蔽,太阳风无法直接到达地面,而月球缺乏这种保护,太阳风可直达月面。在太阳风的连续冲击下,月面岩石的化学链被打破,结果释放出氧原子,氧原子与氢原子相遇产生化合作用,就生成了水分子。
  2012年10月14日,美国研究人员宣布,他们利用红外线光谱分析“阿波罗飞船”带回的3份月球土壤颗粒样本,结果显示,其中所含有的羟基中的氢原子,其同位素比例等特征与太阳风中的氢原子相似。羟基物质是由一个氢原子和一个氧原子组成的原子团,再加上一个氢原子就变成了水。这就证实了前面研究人员的结论,即月球上发现的一部分水可能来自太阳,更确切地说是太阳风将氢原子携带至月球表面,氢原子可以转化为水分子或相近的羟基物质。
  在确认月表有水后,一些研究者进一步认为,随着时间的推移,水分子在月表移动,最终被两极月坑捕获而结冰。月坑水如若果真存在几十亿年的话,它就很可能为研究者提供解开太阳系形成之谜的密码。
  此外,发现月表有水,尤其是月坑有水对人类开发和利用月球资源亦有重大意义。月坑有水,为将来在月球上建立基地和向月球移民提供了基本条件,从而使月球成为探索宇宙的中转站。净化后的水不仅可供人饮用,还能分解成氢气和氧气,制成的液氢和液氧可作为液体火箭低温高能推进剂。由于月球引力仅为地球引力的六分之一,所以从月球基地上用小型火箭即可发射大型深空探测器和宇宙飞船。同时,月坑水也可以满足工业和农业用水之需。
  毋庸置疑,月球找水任务和研究其来源的工作还会继续进行下去。事实上,航天大国探月、登月计划也从未停止。2013年下半年,我们的“嫦娥三号”将飞向月球,她会有怎样的新发现呢?
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