月球是地球唯一的衛(wèi)星，同時(shí)也是距離地球最近的天體，從上世紀(jì)50年代末前蘇聯(lián)發(fā)射“月球1號(hào)”探測(cè)器以來(lái)，人類差不多向月球發(fā)射了近140顆探測(cè)器，遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先第二名-火星，可以說(shuō)對(duì)地外天體的探測(cè)，人類對(duì)月球的了解應(yīng)該是相對(duì)最深入和最全面的。
不過(guò)，即使人類在50多年前就已經(jīng)登上了月球，也有包括前蘇聯(lián)、美國(guó)和我國(guó)在內(nèi)的3個(gè)國(guó)家從月球上取回了月壤樣品，但是截至目前，我們對(duì)月球的認(rèn)知也僅僅處于初級(jí)階段，特別是對(duì)于月球的演化歷史、月球上水冰的存在區(qū)域和條件、氦3資源的形成和分布等等，必將貫穿于今后人類對(duì)月球深入探測(cè)的全過(guò)程。
大家知道，在月球上密密麻麻地分布著大小和深度都不一的隕石坑，這些隕石坑內(nèi)部究竟分布著什么，一直以來(lái)都是科學(xué)家們重點(diǎn)關(guān)注和研究的課題之一。后來(lái)，科學(xué)家們通過(guò)諸多月球軌道探測(cè)器，發(fā)現(xiàn)了一些坑石坑內(nèi)部，分布著具有能強(qiáng)烈反射太陽(yáng)光線的“潔白”物質(zhì)，經(jīng)證實(shí)是由水和一些氣態(tài)物質(zhì)凝結(jié)所形成的水冰，從而表明月球上的確存在著水資源。
為了探測(cè)月球上水資源的分布和含量情況，在2009年10月的一天，美國(guó)NASA發(fā)射了月球隕石坑觀測(cè)與傳感衛(wèi)星，并最終以時(shí)速9000公里的速度撞擊了月球，在形成“卡比厄斯”隕石坑的同時(shí)，也在月球的陰影區(qū)域形成了一股羽流。這次撞擊，使得這片月球永久陰影區(qū)第一次短暫地被光線所照亮。
隨后一艘航天器對(duì)激起的塵埃羽流進(jìn)行了采樣分析，結(jié)果檢測(cè)到155公斤的水蒸氣，這個(gè)發(fā)現(xiàn)震驚了世界。因?yàn)樵趥鹘y(tǒng)的認(rèn)知中，月球表面缺乏大氣，氣壓極低，晝夜溫度極大，而且還時(shí)刻受到高能粒子的沖擊，月表如果存在水資源，那么在很短的時(shí)間內(nèi)就會(huì)立即蒸發(fā)。此次人類航天器主動(dòng)撞擊月球，充分表明了月球上面不但有水，而且含量還很豐富，據(jù)科學(xué)家們初步估測(cè)，月球上的水冰，起碼有6萬(wàn)億公斤。
在實(shí)驗(yàn)取得重要的數(shù)據(jù)之后，科學(xué)家們通過(guò)深入的分析，認(rèn)為這些水冰物質(zhì)，大部分集中在月球兩極的永久陰影區(qū)內(nèi)部。之所以是“永久陰影區(qū)”，一方面是因?yàn)樵虑虻淖赞D(zhuǎn)軸與太陽(yáng)系黃道平面夾角僅有5度左右，太陽(yáng)光線幾乎水平地照射到它的兩極，而極地隕石坑的邊緣會(huì)阻擋光線直接到達(dá)它們的深處。
另一方面，在一些較深的隕石坑內(nèi)部，不但太陽(yáng)光線無(wú)法直接照射進(jìn)去，就連隕石坑邊緣反射的太陽(yáng)光線，也無(wú)法照射進(jìn)內(nèi)部，因此可以稱為“雙陰影區(qū)”，內(nèi)部溫度可能達(dá)到零下250攝氏度，有可能是太陽(yáng)系中溫度最低的區(qū)域。在這樣的環(huán)境下，是完全有條件支撐水冰的長(zhǎng)期存在，據(jù)推測(cè)，有些區(qū)域的水冰，古老到已經(jīng)存在了數(shù)十億年，幾乎與月球“同歲”。
地球的演化歷史是非常復(fù)雜的，從古到今都被始終活躍的地質(zhì)活動(dòng)所打亂，因此要想追溯地球的起源和發(fā)展演化規(guī)律比較困難。而月球則不一樣，在很早以前內(nèi)核就已經(jīng)冷卻，它上面的水冰，特別是永久陰影區(qū)內(nèi)的水冰，可以說(shuō)自它們到來(lái)之后就幾乎沒(méi)有受到什么影響，將月球形容為太陽(yáng)系的歷史博物館一點(diǎn)也不為過(guò)。
關(guān)于水是如何到達(dá)月球的，目前科學(xué)界主要有三種觀點(diǎn)。一是通過(guò)小行星或彗星在撞擊月球時(shí)遺留下來(lái)的。在這種情況下，當(dāng)太陽(yáng)系形成時(shí)，太陽(yáng)系內(nèi)部熾熱的水分子被太陽(yáng)風(fēng)蒸發(fā)并吹走，只有在寒冷的空間區(qū)域，水才能凝結(jié)并積聚成冰冷的結(jié)構(gòu)。這些包含水冰的天體，隨后轟炸了包括月球在內(nèi)的“內(nèi)太陽(yáng)系”，向其表面輸送了水源。
二是在月球演化的中期，出現(xiàn)了強(qiáng)烈的、全球性的火山噴發(fā)，釋放出大量塵埃和氣體物質(zhì)，在短期內(nèi)形成了稀薄的月球大氣，其中含有的水蒸氣因低溫環(huán)境，逐漸在月球兩極凝結(jié)，形成水冰，最后只有處在永久陰影下的水冰，沒(méi)有經(jīng)歷重復(fù)蒸發(fā)，一直保留到現(xiàn)在。
三是太陽(yáng)風(fēng)將氫氣運(yùn)送到月球，并與月球表面的氧氣發(fā)生反應(yīng)，最后形成水冰。
從目前來(lái)看，由小行星或者彗星撞擊形成月球水冰的這種可能性，被科學(xué)家們接受的比例較高。因?yàn)?，從水冰的氮碳比看，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了火山所能提供的合理水平，而且其中的硫元素含量也比較低，因此火山形成假說(shuō)存在較大的問(wèn)題。另外，從月球水冰中的氘同位素含量看，要比太陽(yáng)風(fēng)中的含量高很多，而與彗星中的類似。如果月球的冰完全由彗星提供，那么地球可能也是如此。這可能意味著巖質(zhì)行星，必須經(jīng)歷類似的影響，才能積累生命繁衍所需的水資源。
之前人類對(duì)月球的探測(cè)，還未曾真正涉獵到永久陰影區(qū)。比如，阿波羅載人登月只是集中在月球的赤道附近。我國(guó)的嫦娥四號(hào)和玉兔二號(hào)是在月球背面的南極馮·卡門撞擊坑，也沒(méi)有瞄準(zhǔn)永久陰影區(qū)。
目前，美國(guó)正在加快實(shí)施重登月球的“阿爾忒彌斯計(jì)劃”，準(zhǔn)備在數(shù)年之內(nèi)將人類重新送上月球的表面，而在此任務(wù)之前，還可能包含一項(xiàng)專門針對(duì)月球永久陰影區(qū)的探測(cè)任務(wù)，目前美國(guó)NASA正在尋求與商業(yè)公司合作，準(zhǔn)備派一批機(jī)器人完成這項(xiàng)使命。
比如，美國(guó)Intuitive Machines有可能成為第一家探索月球永久陰影的公司，計(jì)劃于今年年底在SpaceX火箭上發(fā)射，降落點(diǎn)位于沙克爾頓隕石坑附近的山脊上，通過(guò)3次“跳躍”進(jìn)入隕石坑內(nèi)部，通過(guò)攜帶的探照燈和攝像機(jī)觀察陰影區(qū)內(nèi)部都有什么。
今年夏秋時(shí)節(jié)，美國(guó)和韓國(guó)還將分別發(fā)射小型航天器，專門對(duì)月球永久陰影區(qū)進(jìn)行探測(cè)。更為重要的是，預(yù)計(jì)在2023年，一輛名為 VIPER的月球漫游車將乘坐 SpaceX 獵鷹9號(hào)火箭前往月球，之后將駛?cè)朐虑虻娜齻€(gè)永久陰影區(qū)域，并將鉆入一米深的地下冰層，通過(guò)對(duì)樣本的采集和分析，最終揭示月球永久陰影區(qū)域內(nèi)的古老水冰，所隱藏的諸多秘密。
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