地球，这颗“蓝色星球”，依靠大量珍贵的液态水，孕育出蓬勃生命。但与地球相隔仅38万公里的月球，却一片荒芜，寸草不生。

月球究竟有没有水，科学家从未停下探索的脚步。如今，发表于《自然·天文学》的两项新研究证实，月球表面可能充满了水。

10月26日，《自然·天文学》杂志刊发，美国航天局依靠平流层红外天文台(以下简称“索菲亚”)，在月球光照区-月球南半球的克拉维斯环形山表面，首次探测到了水分子。

这一发现表明，水可能分布在整个月球表面，而不仅限于寒冷、处于阴影的区域。换句话说，即使暴露在来自太阳的温暖辐射下，水也能在月球表面存在着。

另一项研究则发现，月球南北两极有4万平方米的永久阴影区，而它们具有捕获水的能力。

6微米波段，出现了水分子的辐射信号

确切地说，这并不是月球上首次发现水。

月球中有关水的探索，是从水的组分“出没”中逐渐拼凑出来的。南京大学天文与空间科学学院教授周礼勇告诉科技日报记者，长期以来，科学家们一般通过“光谱”的遥感探测来寻找水分子信号，而水冰的光谱在2微米附近，有显著的特征，所以科学家们一般通过这些特征来寻找月球上的水。

1998年，美国航天局的月球探勘者号探测器搭载了一台中子光谱仪，在月球南北极探测到了氢元素的富集。但这可能来自水，但也可能来自任何含有氢的物质。

对于科学家来说，那些被阳光照射到的，温度较高的区域是否有存在水，更加令人着迷。

2009年，印度月船1号、美国航天局的深度撞击号和卡西尼号三个不同的探测器，在阳光照射的月球表面发现了有关水的微弱痕迹，但他们无法分辨那究竟是水，还是仅仅是水的组分“羟基”。

当时，这几个探测器的光谱仪，波段大多在可见光到近红外线的范围，只能通过2.8-3.0微米波段的反射光谱吸收带来判断探测到的物质，而羟基、水在3微米波段附近有不同的吸收特征，但当时的探测器没能完整覆盖这个区域，所以科学家们无法只能判断，这到底是羟基还是水分子。

“当时有一种观点认为，月球表面存在羟基，羟基结合上氢就可以形成水，而宇宙中氢是司空见惯的，所以有羟基基本上就可能有水，但也不能说有羟基就一定存在水分子。”周礼勇说。

想要明确分辨羟基和水分子，并非无计可施。水分子在6微米波段有个独特的辐射信号，这是羟基完全没有的特征。

但是，想要检测到这种红外波段非常困难，目前的月球探测器上都没有装载能检测6微米红外波段的光谱仪。而地面观测器也无能为力，因为地球的大气层中的水蒸气会隔绝这部分波段的光。

于是，让飞机带着光谱仪飞到合适的高度进行检测，就成为不错的出路。执行这次特殊任务的索菲亚，便是一架改装过的波音747SP喷气客机。它搭载的FORCAST望远镜的观测波段，覆盖5-8微米，非常适合寻找6 微米波段有没有水分子。

2018年8月，当时还在夏威夷大学攻读博士学位的Casey Honniball及其合作者们用索菲亚搭载的FORCAST红外望远镜，对月球正面光照区-月球南半球高纬度的克拉维斯撞击坑一带进行了观测。结果天随人愿，他们在那里的辐射光谱里确实发现了6微米波段的辐射信号，说明确实存在水分子。

比撒哈拉沙漠干100倍，每立方米含水量约等于一瓶矿泉水

在阳光照射的月表，水分子保留下来来之不易。此次的探测数据显示，水被“困在”分布在月球表面的土壤中，浓度为百万分之100至400，相当于每千克月壤中含有100-412毫升水。Honniball指出，这比撒哈拉沙漠干燥100倍，但需要更多工作才能验证水的含量，因为这一估值是基于月球表面的一个时间、一个地点的一次观察结果得出的。

更令人着迷的是，这些水分子是如何保留下来的。

“有一种设想认为，可能是携带水的彗星，从距离太阳很远的地方撞击月球，将彗星上的水以某种形式束缚在了月球上;但也有可能是太阳风中的氢和月球表面的氧反应后，形成羟基，进而与氢离子结合形成水分子。”周礼勇说，含水的彗星等撞击月球表面产生的能量熔化月球表面的岩石和土壤，当熔化物迅速冷却成玻璃体时，彗星带来的水就会被封入其中，可以在月球表面严苛的环境中长期存在。

“还有一种可能，就是水是月球原生的。”周礼勇表示，现在主流的观点认为月球的形成过程没有水，在远离太阳2-3个天文单位之外，温度低到雪线以下，水才会以固态形式参与行星的形成过程，进而保留在行星之中。地球、月球距离太阳只有一个天文单位，按理说不会有水，因而地球、月球上水的来源迄今仍然是科学家研究的重要问题。月球本身是否含有“与生俱来”的水，这个问题与月球的起源及经历的地质演化密切相关。

阳光照射的月表，也存在水，是否可以据此推算出月表的总水量?当Honniball满月球找水时，科罗拉多大学博尔德分校的Paul Hayne等研究者也在探索水分子在月球的另一处藏身点——位于月球极点永久阴影区的环形山。在这些地方，温度永远不会高于-163摄氏度，为水冰的存在提供了条件。

2009年10月，NASA的月球陨石坑观测和传感卫星(LCROSS)探测器部分撞击月球南极附近的阴影区，在撞击羽流中探测到了冰的证据，从而证实阴影区存在冰。

Paul Hayne等研究者计算了永久阴影区的面积，它们大约在40000平方千米左右，60%位于月球南极。他们认为，这些区域具有捕获水的能力，也就是说，这4万平方千米的月球表面都可能存在水分子。如果这些区域充满冰冻，那么冰的总量相当于几十亿公斤的水，但究竟有多少冰，还是一个未知数。

想开发利用得弄清分布、储存结构等奥秘

“对于探索月球的人类来说，水是一种非常珍贵的资源。假如宇航员需要在太空驻留半个月甚至更久，就 可以不用耗费巨资从地球上带水而就地取材，供宇航员使用。此外，随着人类深空探测的脚步加快，前往太空途中，就需要建立中转站，水能够裂解成氢气和氧气，成为火箭燃料的原料，也可满足宇航员呼吸使用。如果月球有充足的水，就可以作为人类深空探测的落脚点。”提及应用前景，南京大学天文与空间科学学院教授周礼勇，对未来充满期待。

有数据显示，现在从地球向月球发射一升瓶装水的成本为3.5万美元，如果能开发月球的水资源，那将极大降低探月成本。

不过，没有大气层保护，月表太阳照射面的水源是否可以利用?“这还需要弄清楚水在月表的分布范围、埋藏的深度，是否能长期保存等等。”周礼勇认为，月表水是否能利用，该怎样利用，需要做更多检测，例如水含量是否足够高，在哪些地区富集，是否能达到开采的级别，水在月表储存的机制是什么，需要用什么样的技术才能把水有效地收集起来。

“这些发现确实令人兴奋，很有研究和应用的前景，但成本目前还无法预料。”周礼勇说。

前不久，美国航天局宣布与Intuitive Machines公司签署了一份4700万的合同，在2023年将探冰钻头运送到月球。月球表面究竟有多少水可以供给人类使用?现在还无法确定。(记者 金凤)

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