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月球上的水很多

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发表于 2020-10-30 02:24 | 显示全部楼层 |阅读模式
美国国家航空航天局(NASA)的最新研究发现,月球上可能有多达 6 亿吨的水冰,有一天有望帮助登月者长期生存,它甚至可以变成就地取材的火箭燃料,只需要将水分解为氧气和氢气,然后保存。

以前,我们从未知道月球上实际上有多少水,这些资源到底存储在什么地方,以及如何获取和提炼,科学家们也从未真正了解过那里的水是如何产生的。

我们仍然没有这些问题的确切答案,但是 10 月 26 日发表在《自然天文学》上的两项新研究确证,月球上的水并未如科学家们曾经想过的那样完全被隐藏起来,一些水冰可能就埋在月球阴影的土壤中。

美国宇航局天体物理学部门主任保罗赫兹(Paul Hertz)在周一的新闻发布会上说:“这些发现表明,水可能分布在整个月球表面,而不仅限于月球两极附近阴冷的地方。”



科学家对月球水资源分布的猜想图


两项天文研究论文同时发表

同一时间发表在《自然天文学》杂志上的两篇论文,产生了一些让人激动的关联性见解。

其中一项,研究人员认为他们直接在月球表面探测到了水分子的分布;另一项研究,则是根据数据模型推测,水冰可能被封存在遍布月球表面的大小陨石坑和阴影中,使得月球水资源比我们想象的更丰富、更容易获取。

第一篇论文名为 “Molecular water detected on the sunlit Moon by SOFIA”,即利用 SOFIA 在阳光照射的月球表面检测到分子水。

SOFIA 是一个平流层红外天文台,它的外观是一架波音 747SP 飞机,经过改装,搭载了一个 2.7 米(106 英寸)反射望远镜(有效直径为 2.5 米)。当它飞在 12000-15000 米的高空平流层时,可以大幅降低地球大气层对红外天文观测的影响,从而使天文学家能够以地面望远镜无法做到的方式,研究太阳系内层及其他范围的天体。



SOFIA 打开望远镜舱门,飞过内华达山脉上空

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 楼主| 发表于 2020-10-30 02:26 | 显示全部楼层

RE: 月球上的水很多

在这项实验中,研究人员基于 SOFIA 平台对月球进行观测,它使用的是天体化学中最常用的方法 —— 光谱分析法。通过红外光谱检测分析,研究人员估算出水分子的丰度约为每克土壤含 100 至 400 微克 。

通过不同纬度地区的扫描观测,科学家发现,在探测到的高纬度区域,显示出较高的分子水丰度;在低纬度地区,大部分位置都没有发现水合作用,但是在部分地质裂缝或火山碎屑沉积物地带是例外,也能观察到分子水。科学家由此推测,月球水资源在低纬度区域的分布可能是局部地质活动的结果,而非普遍现象。



月秋水测量位置图


目前探测到的大部分水储存在月球表面特殊的 “玻璃珠” 物质中,或者储存在远离月球恶劣环境的特殊地质构造中,这样水才能留在月球表面



不同纬度下,SOFIA 在 6 m(黑色)和 3 m(红色)下测量的分子水丰度当量数据


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 楼主| 发表于 2020-10-30 02:29 | 显示全部楼层

RE: 月球上的水很多

另一篇研究论文名为 “Micro cold traps on the Moon”(月球上的微型冷阱),更多是一项推测研究。

由于高温和直接太阳照射下的快速挥发,即便月球上有水,其在月球的大部分表面上都是不可能稳定存在的。

然而,水冰的形式则有可能。由于月球表面的特殊地形加上自旋规律,月球表面存在很多永久阴影区域(PSR),在某些极地 PSR 中,温度足够低(<110 K),因此能以水冰的形式长期封存水资源,这些区域被称为 “冷阱”,通过某些天文撞击(主要是来自柯伊伯带的、富含水分的彗星的撞击)或者意想不到的其它方式在月球上产生了水,最终可能会以冰的形式冷滞于月球两极。



系列月球上上的阴影地带


研究人员使用理论模型和来自 “月球侦察轨道” 的数据,在大的阴影区之外,估计了 1 cm-1 km 尺度大小的阴影的贡献,这些微冷阱是月球上数量众多,其中约有 10%-20% 的永久性冷阱区域被发现可能含有水。考虑到所有空间尺度,可能含有水冰的总面积约为 40000 平方千米,这大大超过了先前的估计,其中约 60%位于月球南部。科学家在大于 80° 的纬度处发现了能用于储存水冰的冷阱。

这些结果表明,被封存在月球极地的水可能比以前认为的分布更广泛,有望作为未来登月任务的资源。



阿耳特弥斯计划在月球建设基地的畅想



乐观背后的未知数

“这是我们第一次可以肯定地说水分子普遍存在于月球表面上。” 美国宇航局戈达德太空飞行中心的研究员,《国际水土保持研究》的主要作者凯西霍尼鲍尔( Casey Honniball)表示。

SOFIA 的观察结果表明,水分子可能以特殊的方式结合到了月球表面的一些 “玻璃珠” 特殊结构中,使水分子可以承受阳光照射,这些 “玻璃珠” 散布在整个月球表面的土壤中,按照目前的数据推算,所含的水量相当于每立方米土壤中有 350 毫升水。

乍一看,这对人类探索月球乃至开拓月球极地来说是个天大的好消息,但是,这项研究仍然存在许多未知数。

如果水像预期那般被封存在玻璃珠中,那将需要大量的工作才能提取出来。霍尼鲍尔补充说:“提取水的方法是熔化玻璃,以便释放水。” “与其他一些方法相比,这是一个消耗过程。” 在月球上大功耗的工作目前可能不太现实。

当涉及到微小的冷阱时,科学家实际上也不完全确定是否有水冰潜在于其中,虽然它们的条件可能正好适合储存水冰,但研究人员并没有直接发现冷阱中的水。

玻璃珠中所含的水量很少,但对人类有用,其他阴影区域的水含量可能更高,对于一个长期以来被认为是干旱和死亡的星球来说,这些发现似乎难以理解。“这是一个新的领域,我们以前没有真正仔细研究过。” 克莱夫尼尔(Clive Neal)说,他是圣母大学的行星地质学家。

相关研究目前并不完美。对于这些含水玻璃珠是如何形成的,目前没有明确的解释。霍尼鲍尔认为它们很可能来自小行星或彗星撞击,也可能是古代月球火山活动的结果。尼尔指出,SOFIA 的研究尚不能提供一个完整的参考,水分子在整个月球周期中是如何变化的,仍需要大量的观察来证实这两项研究的可靠性。

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 楼主| 发表于 2020-10-30 02:32 | 显示全部楼层

RE: 月球上的水很多



用于探测水冰的月球着陆器概念图


在阿耳特弥斯计划带领宇航员重返月球的准备阶段,美国宇航局还在计划发射一系列机器人任务,或将有助于确定月球上的水冰含量。

这些任务中最引人注目的是 VIPER,这是一项计划于 2022 年发射的月球南极漫游车任务,搭载了中子光谱仪和一台针对 “风化层和冰层” 的专业钻探设备来勘探,目标是评估月球表面及以下积冰的迹象;在此之前,一家名为 Intuitive Machines 的私人公司表示,他们也计划在 2022 年将机器人着陆器送至月球表面,并配备与 VIPER 相同的钻头,该任务也将与 NASA 合作,证明钻机是否能够有效工作并获取其中的一些水冰样本。

根据现在新的发现,美国宇航局可能会选择稍微改变 VIPER 的目标以研究外星球地表水分子,并仔细观察微型冷阱如何有效地保存水资源。

重返月球有了更多期望

“我们越看月亮,似乎越不了解它。现在,我们有更多的理由重返月球。我们必须深入研究并获取样本,并建立监控站,以实际获取确定的数据来研究在月球上的水循环。” 尼尔指出。

到目前为止,在月球上寻找水冰的方法,一直集中在月球最冷的地方,比如那些大型极地环形山的阴影中,遗憾的是,那里的温度下降到了零下 200 摄氏度,降落到那里的飞行器可能会遇到意外难以离开。现在研究的这些微型冷阱可能存在水冰,但难以估计其沉积深度。

月球上积聚的冰层可以像年轮一样记录数十亿年的太阳系历史,但如何深入研究仍然是一个悬而未决的问题。

月球上发现水分子并不是新鲜事,科学家早在几十年前就发现了可能的水痕迹。

大约 40 年前,美国宇航局阿波罗任务带回的月球土壤样本确实显示出了水的迹象,但当时大多数研究样本的科学家都认为,这些数据来自休斯顿潮湿空气的 “污染”,在美国宇航局约翰逊航天中心对岩石进行分析之前被渗入了。

2009 年,印度的月球探测器 “月船 1 号” 发回的月球表面光谱中发现了水元素的谱线,科学家据此认为月球表面的大部分地区存在水分子。近年来,许多探测任务都发现了月球表面存在水或水冰的迹象,但都缺乏确凿的证据或者获得样本实物,本次研究无疑强化论证了之前的推测。

人类虽然曾经成功登月,但迄今对月球上的资源了解并不算太多。如果人类能发明出新技术对月球水冰进行开采,无疑将开启人类太空探索的新纪元,因为它不仅可以满足宇航员在月球基地中的呼吸、饮水需求,而且能制成火箭燃料,为更遥远的星际旅行作准备。

不论是对月球还是火星,前期探索都只能提供宏观的参考,更现实的计划或许还需要建立长期有科学家驻守的月球基地,深度研究月球资源的可利用性。

或许,2024 年带领人类重返月球的阿耳特弥斯计划,能真正揭晓月球水资源的神秘面纱。

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发表于 2020-10-30 09:27 | 显示全部楼层
对了,下一发胖5登月的去哪个位置?
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发表于 2020-11-01 01:59 | 显示全部楼层

RE: 月球上的水很多

没有煤气罐 发表于 2020-10-30 09:27
对了,下一发胖5登月的去哪个位置?

风暴洋西北部地区着陆。大致在下图红框处!多说一下,标数字的是阿波罗登月器着陆地点。

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发表于 2020-11-02 00:07 | 显示全部楼层
老美也是搞笑,以前把月球都玩烂了,他不知道月球有水?
现在靠个望远镜,竟然发现有水了
到底还藏了些什么呢老美?比如说火星
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 楼主| 发表于 2020-11-02 00:49 | 显示全部楼层

RE: 月球上的水很多

泓奕 发表于 2020-11-02 00:07
老美也是搞笑,以前把月球都玩烂了,他不知道月球有水?
现在靠个望远镜,竟然发现有水了
到底还藏了些什 ...

哪有玩烂了的水平

一共才溜达了多远

靠望远镜不能解决宇航实际问题
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发表于 2020-11-02 08:05 超大游击队员 | 显示全部楼层
来杯冰水,月宫的啊
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发表于 2020-11-03 12:16 | 显示全部楼层

RE: 月球上的水很多

没有煤气罐 发表于 2020-10-30 09:27
对了,下一发胖5登月的去哪个位置?

不好意思!!更正一下,是月球正面吕姆克山脉,具体见下图!!

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