​月球水之争

（文 / 曹玲）

( 1992年，“阿波罗17号”的宇航员哈里森·施密特在研究“阿波罗15号”带回的月岩样本 )

月球：干燥还是湿润？

关于月球内部有多少水的问题，又在学术界掀起了涟漪。前不久，知名学术期刊《自然》杂志刊登了美国田纳西州大学行星地球科学学院主任拉里·泰勒（Larry Taylor）的报告，说他们发现月球内部有不少水，大大增加了人们移居月球的希望。两周后，另一家知名学术期刊《科学》杂志又刊登了美国新墨西哥大学研究人员扎卡利·夏普（Zachary Sharp）另一种截然相反的论调，说月球内部很干燥。

月球到底是一个湿润的地方，还是干燥的地方？泰勒并没有否认同行的观点，他说：“有争论是正常的，几十年来一贯如此，除非有确凿的证据能证明一切。”他的研究小组研究了1971年“阿波罗14号”所采集的月球岩石，发现月球火山矿物中含有水，但并非以常见的液态水存在。“这种水的形式和我们地球上所谓的水并不是一个概念，但是让我们相信，月球上的水是广泛分布的，不仅月球外部，月球内部也同样存在水，有朝一日人类在月球上建造空间站将会容易得多。”

去年，他所在的研究小组还曾发现月球“露珠”，即月球最表层土壤中的吸收水。“太阳风携带的氢离子撞击月球时，会和岩石中所含氧离子结合产生水，这属于外来的水，而此次发现的水来自月壳深处，是月球内部的水。”

然而，夏普所领导的研究小组，通过对“阿波罗号”登月计划带回的十几份月岩样本进行研究后认为，月球内部一直极其干燥，其中的水含量不到地球内部含水量的万分之一到十万分之一。他们选择了月岩中的氯元素进行研究。“因为氯是氢含量极其敏感的指示器，只要有氢就会有水。”夏普说，“氯喜欢水，我们想要看氯37和氯35的比率是否与地球上相似。在地球上氯37和氯35的比率几乎不变，即使有变动也只在0.1%左右。但是在月球上，氯37和氯35的比率是地球上的约25倍。”

( 美国月球坑观测和传感卫星及半人马座火箭执行撞击月球任务的示意图 )

这个结论一度让他困惑。“差别太大，以至于我们起先以为可能是分析错误或者做法错误，我们只好重新分析和检查，结果一切正常。氯的吸水性很强，如果有水的话，水中的氢原子更容易与较重的同位素氯37结合生成氯化氢气体，并很快逸散到太空中，那么留下的就会是较轻的氯35。氯37的含量比地球更丰富，这表明月球岩石是在一个非常干燥的环境下形成的，这些玄武岩由岩浆形成，喷出地表的熔岩没有水溶于其中。”

即使有水，这些水从哪里来？这又是另外一个棘手的问题，至今没有答案。关于这个问题，还要从月球是如何形成的说起。最广为人知的说法是，45亿年前，一颗大小近似火星的星体强烈碰撞并划过地球，形成了大量熔化的岩石碎片和尘埃，这些碎片和尘埃被甩到地球周围轨道之内，经过一段时间的相互碰撞和聚集而形成了今天的月球。与此相匹配的月球水来源认为，月球的引力太小，只有地球1/6，大部分水在很久前就汽化，飘散到太空中，还有少量的水留下来，隐藏在地表下。除此之外，还有一种可能是，冰质彗星在月球固化过程中，撞上了这颗年轻的星球，在上面留下了水。

“自从阿波罗飞船带回月球岩石之后，人们就一直认为月球是一片荒漠，我们的发现可能会推翻这个观点，月球不再是一块干涸之地。”泰勒说，“月球上到处存在水意味着人类在月球表面建立定居点将不再那么不切实际。水由氢和氧两种元素组成，氢可以用来制作火箭燃料，以便宇航员能够去探索太阳系中的其他星球，而氧气则是维持人体呼吸的必需品。”

在现在的技术条件下，带1000克水到月球大概需要2.5万美元，假如月球上直接有水，就省了很多钱。如果科学家能从月球岩石中提炼出水，用来满足饮用所需以及燃料需求，那么人类定居点将不再那么遥不可及。泰勒说：“现在我们在月球上已经有了现成的水资源储备，可以用来满足植物和人类所需，并且可以电解获取氢气和氧气，以便提供火箭燃料。”

不过，有些科学家对此不持乐观态度。比如中国月球探测工程的首席科学家欧阳自远告诉本刊记者，这些设想都“非常美好”，但其实不然。月球上即使有水，也仅是杯水车薪，不大可能是人类建立月球基地所需要的大量的水。月球上水存在的条件是小冰块和土壤混在一起，存在的环境是在永久阴影区，到底有多少也不清楚。“这些黑暗地区没有阳光，也不可能获得太阳能，温度零下200多摄氏度。如此低温，机器很难运转，很难收集土壤，又如何能将含水的土壤密闭、加热变成水蒸气，再让水蒸气冷凝变成蒸馏水，然后把蒸馏水装瓶？”

“盲人摸象”的寻水之路

“有时科学只是为几十年后可能发生的事情做准备，2020年人类真的会重返月球?真的会建立月球基地？虽然现在还不好说，但在未来，有没有水这个问题总是会对决策产生很大影响。”泰勒说，“所以几十年来，科学家一直热情不减。”

早在1961年，肯尼斯·沃森等人认为，月球极地一些撞击坑底部可能处于太阳照射不到的永久阴影区，那里温度将常年维持在－223℃～－233℃。因此，原始月球上的水，或者彗星和小行星撞击月球携带至月球表面的水，在这样低的温度下可能会以冰的形式在地质历史中保存下来，逃逸进入宇宙空间的概率很小。他们推测月球两极撞击坑中可能存在大量的冰，形态为冰尘混合物，即脏冰。

为了寻找水的存在，美国航空航天局于1994年发射了太空探测器“克莱门汀号”，它于2月24日进入绕月轨道，实施绘制月面图的计划，特别着重于月球两极区域的绘制，并从紫外到红外的各种波段上分析月面上物质的性质。这个探测器的工作异常出色，它发回了当时最好的月球图像，其中有一张图片显露出广阔的艾肯盆地，这个盆地在月面上堪称最大和最深，包括了月球的南极。根据这个太空探测器发回的数据进行研究之后，五角大楼于1996年12月3日正式宣布，在月球一些极区环形山的底部发现了冰。

“这是一个重大发现，在当时引起很大轰动，就连非科学家也很惊讶。”泰勒回忆道，“冰的总量超过5000万吨，就像我们在地球上同样的方式用水，它可以维持几千人用上100多年。”

继“克莱门汀号”之后，“勘探者号”探测器于1998年1月6日升空，它在月球两极都发现了冰的征兆，所拍摄的图片比“克莱门汀号”还要好。当年3月5日，主持“勘探者号”探测任务的科学家艾伦·宾德明确宣布“我们发现了水”，估计有75万～300万立方米的冰冻水存在。按照另外一位美国航空航天局科学家威廉·费德曼（Willianm Feldman）的说法：“有一群环形山其中填满了冰，这是一个非常重要的资源，它可以允许适度开垦许多年，现在可以在月球上直接开采而不必非用飞船从地球上运水了。”

与他们兴奋的神情相对照的是，几乎立刻有一种不和谐的怀疑情绪蔓延起来。一个怀疑论者是“阿波罗号”宇航员哈里森·施密特（Harrison Schmitt），他是唯一一位到过月球的地质学家。他觉得冰应当包含在月球物质中，含量甚微，可能连百分之一都不到，这些月球物质遍布于很大的面积上，在酷寒的情况下开采它们谈何容易。

为了更确切地探测究竟有没有水，美国航空航天局“勘探者号”开始进行撞月寻水这种一掷千金的彻底实验，他们让“勘探者号”坠入一个极地环形山中，希望能在因撞击而飞抛出的岩屑柱中找到水的迹象。但是，月球“勘探者号”于1999年7月31日壮烈结束了它的使命，落到了选定的区域中，但是望远镜并没有观测到岩屑，地基的频谱仪观测也没有成功。事实上，实验结果全都是否定的。

科学家屡败屡战，愈发执著。2009年10月9日，美国航空航天局用一枚运载火箭和一颗卫星连续撞击月球南极区一处名叫Cabeus的环形山，效果相当于引爆1.5吨TNT炸药，将激起350吨尘土，希望通过这次撞击将藏于其中的水释放出来。当年11月13日，美国航空航天局正式宣称，撞击在月球南极探测发现大量的冰。这项发现证实了之前的猜测，并暗示月球表面蕴藏的水资源数量很大。从此之后，科学界达成共识，月球确实有水。

正是有双星撞月，才对月球是否有水达成一致意见。“而究竟地表之下有多少水，现在无人能确定，需要确凿的证据来证明。”夏普说。或许他们的争论真的就是所谓的“盲人摸象”，或许月球的某一部分可能比其他区域含有更多的水分，而月球究竟如何，仍旧是一个很大的谜。■ 水之争月球轨道科学天文月球月球探测器