NASA和ISRO在月球上发现了水

经过数十年的努力，科学家们终于在2009年利用月船1号和美国宇航局的LCROSS发现了月球上的水。在此后的10年里，下一步一直是了解月球所含水的确切性质和数量。这就是NASA的LRO和ISRO的月船2号轨道器的用武之地。

在20世纪的大部分时间里，科学家们认为月球表面是极度干燥的。阿波罗任务从月球带到地球的382公斤岩石和土壤样本证明了这一点。当他们确实在样本中发现了微量的水时，科学家们认为它们是污染而不予理会。月球的大气层非常稀薄，因此其表面的任何水都直接暴露在太空的真空中，然后蒸发。由于月球的低重力，水蒸气迅速逃逸到太空中。

然而，月球上的某些区域已经超过10亿年没有接收到阳光了，科学家们认为那里可能存在水。在月球两极，太阳全天都离当地地平线很近，所以即使是一个很小的特征，如岩石，也可以投下很长的阴影。同样，具有梯形边缘的大型陨石坑可以很容易地阻挡阳光进入陨石坑，因此太阳光被完全挡住了360°。这样的地方永远是黑暗的，被称为永久阴影区域(PSR)。

科学家们知道彗星和许多类型的小行星都含有水。在太阳系存在的大部分时间里，这些天体一直在以强有力的速度轰炸行星和它们的卫星。这就是为什么月球上布满了陨石坑，科学家们认为造成这些陨石坑的小行星和彗星可能在月球上沉积了水。他们提出，这些水中的一部分可能已经进入了PSR，在那里-就像坐在冰箱里-它们可能已经保存了数十亿年。

1994年，美国国家航空航天局(NASA)发射了克莱门汀(Clementine)月球轨道器。它的双基地雷达实验将无线电信号直接发射到PSR。这些信号从PSR上反弹过来，并被地球上的地面站接收到。科学家们发现反射信号的性质与水冰是一致的，尽管他们不能百分之百确定。

美国国家航空航天局在1998年发射了另一个名为月球勘探者的轨道器，以查明PSR中是否有水冰。它的中子谱仪发现土壤中的中子数量与氢原子的存在相对应。这些氢原子可能是水分子的一部分吗？

有了克莱门汀和月球勘探者的数据，科学家们几乎可以肯定月球上有水，但他们需要绝对确定。

2008年，印度开始利用月船1号月球轨道器进行行星探测，为此，ISRO向世界各地的科学家征集仪器。美国国家航空航天局(NASA)提出并建造了两个这样的卫星，分别命名为MiniSAR和M3。

微型合成孔径雷达(Mini-SAR)还发现，PSR反射的信号模式与水冰一致，来自40多个极地陨石坑。但就像克莱门汀一样，数据也不是百分之百确定的。

月球矿物测绘仪(M3)，一种红外光谱仪，将继续获得该奖项。M3不仅探测到PSR中的水，还可以根据表面吸收红外光的方式区分冰、液态水和水蒸气。M3证实月球上一劳永逸地拥有水。

“月船1号”轨道飞行器还搭载了一个撞击探测器--这是一艘故意在月球南极的PSR附近坠毁的飞行器。当它下降时，它的质谱仪在稀薄但持续的月球大气中探测到了水分子。

然而，ISRO直到NASA宣布Mini-SAR和M3发现了月球水才公布了这一结果。ISRO随后声称，他们的仪器首先在月球上探测到了水。

在这段时间里，科学家们一直在研究如何在月球的其他部分也有水，而不仅仅是在极地或靠近极地。太阳源源不断地发射质子，其中一些质子撞击月球。这些质子大部分被反射到太空中，但也有一些被吸收。科学家们认为，土壤中的氧气可以与吸收的质子相互作用产生水，他们应该能够从轨道上探测到水分子。

1999年，美国国家航空航天局(NASA)的卡西尼号(Cassini)宇宙飞船在前往土星的途中经过月球。它的红外光谱仪在月球上的大部分纬度发现了含水矿物，其中两极的浓度较高。

这一结果与极度干燥的阿波罗样本形成了鲜明的对比。其中一个原因可能是大多数阿波罗着陆点都在赤道附近，所以这些地点白天的高温可能已经蒸发了水。然而，他们直到十年后才发表这些发现，直到“月船1号”发生。

欧洲航天局登月船1号上的仪器SARA分析了月球表面反射的质子。和卡西尼一样，萨拉在月球土壤中发现了水/羟基。事实证明，这一发现对于欧空局研究水星的比皮科伦坡任务来说是及时的，水星携带着两台类似的探测水的仪器。月船1号的M3也探测到月球上几乎所有的水和羟基分子。

除了PSR中的水冰和月球土壤中的水分子外，M3还发现了第三个水源，这让人感到惊讶。M3曾拍摄过布利亚尔德斯陨石坑，这是众多号称拥有中央山脉的大型陨石坑之一。这些山脉含有从月球地壳深处挖掘出来的物质。

M3在中部山区发现了含水矿物，但在其周围地区没有发现。这些水的痕迹为科学家提供了关于月球内部的有见地的想法。

科学家们现在知道，即使在非极地地区，月球土壤也确实含有微量的水。请注意，它的水量仍然比地球上最干燥的沙漠要少。然而，月球两极的PSR拥有明显更多的水。

2009年，NASA发射了月球勘测轨道器(LRO)。它还使用机载雷达和中子光谱仪探测到月球两极的水冰。到目前为止，LRO已经围绕月球运行了10多年，比任何其他轨道器都要长。LRO团队已经出版了一本广泛的PSR地图集，为未来在月球上的探索和定居奠定了基础。

和“月船1号”的撞击探测器一样，LRO也携带了一个名为LCROSS的撞击器。2009年，它的上级故意撞击了月球南极的一颗PSR。LCROSS的另一半跟踪并研究了坠机引发的月尘羽流。它被发现含有155公斤的水。

根据这一结果，科学家估计所有的PSR总共含有超过6000亿公斤的水冰，相当于至少24万个奥运会大小的游泳池。

月船2号轨道器的仪器打算扩展我们对月球上水的认识。它们包括一个增强的红外光谱仪和一个升级的雷达，称为DFSAR。

红外光谱仪将建立月球土壤中水分浓度的全球高分辨率地图，并确定存在哪些含水矿物。Chandrayaan 2号的长期观测旨在辨别月球土壤中的水分是如何随着月球环境的变化而变化的。

DFSAR将绘制PSR中的水冰地图。有了两倍的穿透深度和更高的分辨率，DFSAR将量化困在这些寒冷地区的水的数量，这是目前还没有人充分做过的事情。

月球科学界和探险界一致认为，我们可以利用月球上的水冰为未来的月球栖息地服务。利用栖息地产生的太阳能，我们还可以将水冰分解成氢和氧，用作火箭燃料。为此，杰夫·贝佐斯(Jeff Bezos)拥有的航天公司蓝色起源(Blue Origin)获得了美国国家航空航天局(NASA)价值1000万美元的月球着陆器合同。

但在我们计划月球两极的栖息地之前，我们需要更多地了解这些地区的水冰的性质。LRO和Chandrayaan2轨道器有望填补这些空白。

ISRO表示，月船2号将在月球轨道上运行7年，这应该是充分的时间来全面绘制月球表面的地图并量化月球表面的水。然而，我们不要忘记，Chandrayaan 1的设计寿命是两年，但只用了10个月就失败了。

探索PSR的地面任务，如美国国家航空航天局(NASA)即将推出的毒蛇月球车，是在月球上实现可持续栖息地的下一个合乎逻辑的步骤。随着我们开发利用水冰的技术，我们不仅可以定居在月球上，还可以定居在整个太阳系上。我们应该为我们最近的邻居拥有大量的地球而感到高兴；我们不能永远把所有的东西都从地球的引力中拖出来。