月球極區(qū)

魏廣飛

月球南極地區(qū)最高和最低溫分布

和地球一樣，月球南北兩極的溫度要比赤道地區(qū)低的多。由于月球表面布滿了大大小小的撞擊坑，部分低洼的地形使得其終年見(jiàn)不到陽(yáng)光，這些被稱為永久陰影區(qū)。這些地區(qū)的溫度最低可以達(dá)到250℃，如果存在水的話，那將會(huì)以水冰的形式穩(wěn)定地保存下來(lái)。這些理論假設(shè)在上世紀(jì)60年代就被科學(xué)家提出，并逐漸得到科學(xué)界的認(rèn)可。一般認(rèn)為這些地區(qū)的水冰主要來(lái)自彗星或者含有水冰的隕石，降落到永久陰影區(qū)后保存下來(lái)。例如科學(xué)家利用繞月遙感衛(wèi)星發(fā)現(xiàn)在靠近南極點(diǎn)的謝克爾頓撞擊坑存在非常強(qiáng)的激光反射信號(hào)，認(rèn)為可能是表面存在水冰引起的。

月球南極地區(qū)最高和最低溫分布

當(dāng)然人類對(duì)月球水冰的探測(cè)還不止于此。繼阿波羅探月熱潮（1969～1972年美國(guó)先后將12名宇航員送往月球并采回382kg樣品）以后，美國(guó)在上世紀(jì)90年代提出了重返月球的計(jì)劃，并先后于1994年發(fā)射了克萊門汀探測(cè)器、1998年發(fā)射了月球勘探者號(hào)、2009年發(fā)射了月球勘探軌道器。印度也于2008年發(fā)射了月船一號(hào)探測(cè)器，其中搭載了由美國(guó)研制的月球礦物繪圖儀專門用于探測(cè)月球礦物和水。這些任務(wù)分別采用雷達(dá)、中子譜、紫外、近紅外等多種手段對(duì)月球極區(qū)進(jìn)行了詳細(xì)的探測(cè)。通過(guò)綜合分析這些探測(cè)數(shù)據(jù)，科學(xué)家在月球的南極和北極均發(fā)現(xiàn)了潛在的水冰分布區(qū)域。而這些區(qū)域與永久陰影區(qū)的分布具有非常好的一致性。

月球北極和南極

潛在水冰分布

月球南極點(diǎn)附近的謝克爾頓撞擊坑水冰分布假想圖

月球南極點(diǎn)附近的謝克爾頓撞擊坑水冰分布假想圖

大量水冰分布信號(hào)的發(fā)現(xiàn)極大地鼓舞了科學(xué)家，也激發(fā)了他們想要證實(shí)水冰存在以及確定其含量的熱情。最直接的手段就是挖掘出這些區(qū)域的土壤，然后測(cè)出水冰的含量。2009年6月18日，美國(guó)發(fā)射了月球撞擊坑觀測(cè)和遙感衛(wèi)星（簡(jiǎn)稱LCRoss），并于同年10月9日成功撞擊了位于月球南極的凱布斯撞擊坑。科學(xué)家利用其搭載的可見(jiàn)一近紅光譜儀和極紫外/可見(jiàn)光相機(jī)分析濺射物的成分，發(fā)現(xiàn)了水冰且含量高達(dá)5.4%。由此證實(shí)了月球極區(qū)永久陰影區(qū)存在水冰的遙感觀測(cè)。

中國(guó)在月球探測(cè)任務(wù)方面也正在穩(wěn)步推進(jìn)。預(yù)計(jì)在未來(lái)的月球探測(cè)和月球基地建設(shè)任務(wù)中，月球南極是一個(gè)很重要的目標(biāo)。那里分布的水冰除了具有重要的科研價(jià)值外（通過(guò)分析水冰中氫、氧的同位素組成，可以幫我們認(rèn)識(shí)月球水的來(lái)源、太陽(yáng)系早期水的組成和演化等），還是為宇航員提供水和氧氣資源的重要保障。（編輯/高緯時(shí)）