那不是美少女战士，那只是颗“水冰月”

钱小龙

看到标题，是否有读者会想到动漫《美少女战士》里那个可以变身为月亮的主人公“水冰月”呢？当然，本文要介绍的可不是那位敢于和邪恶黑暗势力战斗的动漫人物。那标题里为什么用上她的名字？聪明的你也许已经猜出一二了。早在20世纪60年代，科学家们就推测，在月球两极的陨石坑内，可能有一些死角数亿年来都没见过阳光，这些永久阴影区域说不定能有水冰的残留，但这仅仅是猜测。近年来，许多探测任务也发现月球表面存在水或水冰的迹象，但一直没有找到确凿的证据。现在，这个悬而未决的疑团终于尘埃落定。到底是怎么回事呢？

半个世纪的“天文悬案”：月亮表面是否有水

1994年，当美国的“克莱门汀号”航天器发回数据，暗示月球表面可能存在水冰时，它再次激起了人们在月球表面探寻水的踪迹的愿望。但记录下来的测量结果存在误判，不能作为月表有水的确切证据。

1998年，美国发射了“月球勘探者号”探测器，它搭载的中子光谱仪在月球极区探测到了富集的氢。不过，这既可能是水冰，也可能是任何含有氢的物质——如矿物中含有的水，或者是结构水，因而仍然无法准确判断到底是哪一种。

2009年，印度航天局发射的“月船1号”据说就已经找到了月球上可能有冰的证据，但那时认为冰不一定在表层，探测到的可能只是月球灰尘颗粒和水的结合物。

现在，这个悬而未决的疑团终于尘埃落定。2018年8月21日，美国夏威夷大学地球物理与行星研究所研究员李帅带领的科研团队在《美国科学院院报》上发表研究报告称，他们重新分析了绕月探测器“月船1号”搭载的“月球矿源绘图仪”所测到的光谱数据，发现了固态水冰的近红外吸收光谱的3个显著吸收特征，证明那就是月球上的水冰，这些水冰分布于月球两极黑暗和寒冷的陨石坑区域。这是科学家首次在月球表面的陨石坑内找到水冰，该发现对未来人类进行月球探测乃至太空探索都具有非凡的意义。

开启尘封的数据宝藏：月球水冰发现之旅

说到这次科研团队是如何发现月球极地水冰的，还要从“月船1号”和它的搭档“月球矿源绘图仪”说起。

“月船1号”是印度研制的首个绕月探测器，2008年10月22日发射升空，原计划绕月运行2年，但由于发射后遭遇多次故障，2009年8月29日，印度地面站便与“月船1号”失去了联系，“月船1号”正常运行也就不到1年的时间。

而搭载在“月船1号”上的月球矿源绘图仪（以下简称M3），是一款成像光谱仪，这款光谱仪负责收集月球表面不同部分反射近红外光的数据，其作用主要是在可见光及近红外光范围内识别月球表面的矿物特征。M3识别月表矿物的基本原理，就是每种矿物会在某个波长的反射光中对应一个最低的反射率（也可以称为“吸收特征”），科学家们由此可以精确地确定，以这种方式测试过的月球表面上能发现何种化学物质。

2009年“月船1号”任务结束后，科学家们发现，“月船1号”M3数据的质量并不好，尤其是来自那些光照极少的南北极阴影区的数据。渐渐地，寻找月球水冰的科学家们放弃了对M3数据的分析和研究。

令人意外的是，李帅带领的科研团队恰恰是从这批质量如此不尽如人意的数据中发现月球水冰的，那么，他们是如何做到的呢？

原来，M3的反射光谱数据虽然无法区分到3100纳米附近不同形态的水，但水冰在M3的探测波段范围（0.46—2.98微米）内还有3个显著的“吸收特征”，分别在1.3、1.5和2.0微米处，李帅团队就是通过这3处“吸收特征”来判定阴影区中有没有水冰存在的。研究人员发现，实验室纯净水冰在波长为1.3、1.5、2.0微米的反射光中各出现1个显著的“吸收特征”，对应形成反射率的3个低谷区域;而月球无水区域则不会有吸收，也不会形成反射率的低谷区域。

通过对低质量的M3观测数据进行巧妙处理和对处理结果的充分验证之后，李帅团队最终确认在月球南北纬70°以上的永久阴影区中发现了多处含有水冰的区域。

研究团队指出，这些水冰沉积物位于月球极地陨石坑的永久阴影中，由于月球旋转轴的倾斜非常小，阳光永远照射不到的这些区域温度不高于-163℃，在此温度下形成的水冰可以长期保存。如果月球极地表面拥有足够的水冰，那么，这些水冰可服务于未来的月球探险甚至月球居留，因为相比之下，表面的冰比月表下的水更容易获得。

此次发现还显示，月球南北极水冰的分布并不均匀，而且可能还非常古老。在月球南极，多数水冰集中在寒冷又黑暗的陨石坑中。在月球北极，水冰的分布则较为广泛和稀疏。然而，这些水冰到底来自哪里？如何形成？这依然是个未解之谜。

“水冰月”的未来

要深入了解月球上水资源的具体情况，人类还有许多工作要做。科研團队表示，为了真正了解水冰的起源，下一步还需要一个月球车或者着陆器登陆月球，对月球两极地区的水冰进行实地采样，来测量这些水冰的同位素信息，以确定它们的来源，并通过钻探来确定深度以估算其含量。此外，还需要一个新的轨道卫星来对月球极地加以研究，填补对月球极地的认知空白。

此外，月球出现水的现象也不免让人联想到月球上是否有生命存在。虽然月球上没有空气，但外星生物不一定与地球的生命体系相同，在地球只要有水就会有生命，而月球上有水有冰，那么理论上应该也是有生命的存在，或许在月球的两极生存着一种耐寒的暗黑生物也是有可能的。

还有研究者认为，由于月球的低引力环境，水冰甚至可以让月球成为人类开展深度太空探索的“加油站”和“中继站”，或作为勘探太阳系其他星球的任务基地，宇宙飞船可以在上面进行休整和补充能源，然后飞向更遥远的深空。小读者们，你们认为呢？