慧眼识水的M3

尹怀勤

美国宇航局11月13日宣布，科学家对月球坑观测和传感卫星获得的撞月数据进行初步分析后确认：月球存在水。半人马座火箭、月球坑观测和传感卫星10月9日曾相继撞击了月球南极附近的凯布斯坑，重约2，2吨的半人马座火箭撞月后掀起了两部分尘埃：一部分由蒸汽和微尘组成；另一部分由质量更重的物质组成。月球坑观测和传感卫星携带的光谱仪对尘埃进行了分析，发现两部分尘埃中都存在水的踪迹。其实此前的9月24日，根据对印度首颗探月卫星“月船1号”传回的数据进行的研究分析，已经发现月球表面存在水和羟基，相关报告已发表在《科学》杂志上。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。这对今后开发和利用月球资源具有重要意义。

在月球上找水，一直是航天探月活动非常关注的一个重点问题。以前主要在月球陨石坑内寻找，一直未获结果。最近发现的月球之水，并不是陨石坑底部的地下水，也不是被土壤吸收的水，而是普遍存在的附着在月球土壤表层的水。这一发现是根据“月船1号”所携带的美国宇航局研制的“月球矿物质绘图仪”(The Moon Mineralogy Mapper)，简称M³提供的数据资料而得出的。

M³是利用光谱扫描的方式来开展探测工作的。月球上没有大气层和云雾，太阳光能够完全照射到月面上，M³在绕月运行过程中，可对月面反射太阳光的情况进行追踪扫描分析，从获得的数据即能判断月球土壤中的物质元素成分。由于每种元素吸收的光波波长是事先知道的，故当某一波长的光波未被反射或反射很少时，即可推知相应的元素就存储在月面上。换句话说，如果在M³的探测数据中找到了达到吸收峰值的光波波长，也就等于在月面上找到了与之对应的物质。

美国布朗大学行星地质学教授卡莱·彼德斯等人正是分析了这一仪器的探测数据后发现，月球两极地区吸收的光波波长与水分子和羟基吸收的光波波长一致，才确认了月面存在水分子和羟基(氢氧根离子，OH^-)两种物质的。水分子是由1个氧原子和2个氢原子组成的，而羟基则是由1个氧原子和1个氢原子组成的。

物理学揭示，尽管电磁波辐射源可分为黑体、灰体和选择性辐射体三种类型，但是任何物质都辐射电磁波。太阳光也属于电磁波。就一种物质元素来讲，它辐射和吸收的光波波长是一样的。明白了这个道理，对关于发现月表有水的新闻报道中的不同表述也就能够予以正确理解。如。有的消息说，“月球矿物质绘图仪”(M³)旨在通过接收矿物质发出的电磁辐射来探寻水资源。这里讲的物质发出的电磁辐射即物质辐射的固定波长的电磁波，实际上就是指的物质吸收的固定波长的光波。当然，M³不仅能发现水和羟基，也能发现其他化学元素，只是前者属首次发现，其意义重大，故特别引人注目，后者以前已经发现，并不新鲜。由于“月船1号”在极月轨道运行，M³每圈扫描月面一定的宽度，最终能将月面覆盖一遍，每年能全覆盖月面多次，故能给出月球物质的分布图，这就是将其命名为“月球矿物质绘图仪”的缘由。

关于月球表面水和羟基的来源，科学家们分析称，其形成和滞留是一个持续进行的过程，有些月表水可能来自撞击月球的彗星或小行星，有些可能来自撞击事件释放的困于月表下面的水，但绝大部分则可能来自太阳风携带的氢原子与月球土壤中的氧原子相结合形成的水。太阳风是日冕因高温膨胀而向外抛出的超高速带电粒子流，其中主要含有带正电荷的氢原子。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，致使太阳风可直达月面。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。

虽然发现月面有水，但是月球还没有潮湿到可以孕育生物的地步，那里仍然是个没有生命的世界。彼德斯表示，当我们说“月球上有水”时，并不是指湖泊、海洋或者小水洼。实际上月表水并不多，需要730平方米的土壤才能获取一口水。

不过，尽管月表水量很少，但仍有科学家说，如果进行大量处理，也许能为未来的月球居民提供多种资源，如饮用水和火箭燃料。因为水可分解成氢气和氧气，二者冷却后可变成液氢和液氧，从而可成为一接触即可自燃的比冲较高的且无污染的液体火箭的某种推进剂。这种想法能否实现，从目前掌握的资料来看尚难断定，需要对月球有水情况做更详细的了解。从开发和利用月球资源来讲，如果月球水量能满足上述要求，就有可能同时满足工业和农业用水之需，其重要作用和长远影响将是更为广泛的。

由此看来，进一步弄清月表水量和继续寻找月球上的新水源仍是今后探月的主要任务。毋庸置疑，已经开展探月的各航天大国肯定会在这两个方面作出更具针对性的努力。在探明月表水量方面，除用绕月卫星探测以外，还会出现月球车在月面进行实地考察，随之而来的将是利用采样返回的方式对样本直接进行研究，直至人类重返月球在月面进行勘察。美国宇航局计划最早于2018年最迟于2020年让航天员重新登月，在其使命中肯定会增加探测月表水量的任务。也许届时才能得出最后的结论。