尽管天文爱好者未能看到月尘升腾和冰晶闪亮的奇观,2009年10月9日这一天仍将被载入史册:为证实水在月球的存在,美国航天局的半人马座火箭和月球坑观测与传感卫星先后撞击月球南极的凯布斯月球坑。
经过一个多月的数据分析,美国国家航空航天局于11月13日宣布,此次撞击不仅捕捉到水的存在,而且获得的水量是他们
水迹:从阿波罗到凯布斯
“壮观的荒芜!”1969年首批登月的美国宇航员奥尔德林茫然四顾,如是感慨。这句话随后成为描绘月球景象的经典。其实宇航员们从月球带回的岩石标本中早就有水的“痕迹”,但科学家们一直认为,这可能是样本被地球环境“污染”所致,不足为据。
美国“阿波罗登月计划”结束之后,一些科学家得出结论:月球已“死”。但是,阿波罗登月计划的目标是月球的赤道地区,从未探索过月球的两极。分布在月球极地的一些陨石坑从未见过阳光,温度低至摄氏零下220度。
虽然科学界的很多研究暗示,月球两极可能存在冰,但始终无法证实。今年早些时候,美国和印度的环月探测器均发现月球上有水的化学痕迹,重新燃起人们在月球上找到水的希望。6月18日,美国航天局月球坑观测和传感卫星升空,开始寻水之旅。今年9月,科学家宣布通过遥感装置发现月球上有极少量的水,它们以分子形式附着在微粒上,而且这种水可能存在于全月面地表,就像铺在地面上的一层薄膜。
此次美国航天局的目标是月球南极的凯布斯月球坑。他们先使用重2.2吨的半人马座火箭以9000公里时速撞向凯布斯,然后由一个状如吉普车大小的观测卫星紧随其后,捕捉撞击画面,对撞击扬起的尘埃成分进行实时测量,并在自身撞击月球坑之前向地球发回相关数据。
凯布斯月球坑直径约100公里,中心最凹处深3.2公里。受撞击后,形成直径20至30米的大坑。科学家们事前预计,撞击可产生高达9.7公里的尘埃,并伴随约30秒的日光色亮闪,使用普通的天文望远镜便可观测。但实际的尘埃高度远远低于预期,只有1.6公里,令许多彻夜未眠的天文爱好者备感失望。
但令人欣喜的是,科学家们经过一个月的数据分析后宣布:月球上确实有水。分析过程基于光谱分析,以分光仪来测量月尘物质吸收和发射光线的波长,再对比水的近红外光谱特性,结果相当吻合。经核算,半人马座火箭在凯布斯月球坑的撞击,扬起至少约95升水。当然,这些水不是液态,而是冰和水蒸汽。
科学家们解释说,水的大量存在,正是尘埃扬起高度不如预期的最有力解释。至于亮闪现象不如预期,则可能是由于一些水汽“吸收”光线所致。
水,源自何处?
对凯布斯月球坑的撞击大功告成,但人类对月球之水的探索才刚刚起步,还有许多谜团待解。月球上的水从何而来?是一次突然事件的遗迹,还是已经存在数十亿年?目前美国科学界有三种理论和一种猜测。
理论一:月球从一开始就有水。像地球一样,月球在形成之初就有水这一成分。水集中在月球内部。在很久以前,月亮曾有一个灼热的内核,以火山爆发或喷气等形式,把水推向月表,并就地结冰。
理论二:月球上的水是“家酿”。酿制过程得到了太阳的大力帮助。太阳持续释放微粒,即太阳风。太阳风中的正电氢离子或质子击中月球,与月球土壤中的富氧矿物质互动,形成了水。这一过程虽然极其缓慢,但经过数十亿年的积累,月球上有可能形成大量的水。
理论三:彗星和小行星的撞击。很久以前,富含水的一些彗星和小行星可能曾撞击了月球。撞击中,大部分水洒向太空,但有一部分受月球重力影响留了下来。它们在月表附近形成了水蒸汽云。一些水最终转移到了月球的极地,受那里的持续低温影响冷凝。由于极地“冷槽”太冷,这些冰无法升华。因此,月球上不可能存在液态水。
一个猜测:水来自地球。数十亿年前,地球与月亮的距离比现在近很多。一种情况是,地球的磁场还未形成或很弱,太阳风可能把地球大气层中的水蒸汽“吹”走,并在月球安家。另一种情况是,在受到小行星或彗星撞击后,地球上的海水洒向太空,形成蒸汽云,而月亮在绕地运转的过程中穿过了蒸汽云,沾上了一些湿润气息。但这两种情况目前还只是科学家们的猜测。
拯救“重返月球”计划
美国的科学家们说,分布在极地的月球坑就好像太阳系里“尘封的阁楼”,藏着许多值得探寻的秘密。此次成功撞月找水,有可能把人类的探月行动推进到一个新的层次。
找水一直是人类探月最重要的目的之一。充足的月球水不仅可为登月宇航员建立长期营地提供基本生存可能,而且还可为火箭等航天器提供燃料燃烧所需氧气,甚至可直接转化为氢类燃料。
美国航天局从此次对凯布斯月球坑撞击中得到的不只是水。地面研究人员通过数据分析证实,撞击后还检测出二氧化碳、二氧化硫、甲烷和一些碳化物。科学家们正饶有兴致地对这些物质进行分析,它们有可能为人类探索太阳系的起源提供线索。
月球水的发现,对美国航天局来说还有一个更重要的现实意义。布什政府时期,美国航天局制定了“重返月球”计划,描绘了本世纪美国探索月球的整体框架和目标,其核心目标是在月球上建立永久基地,并以此为跳板,为登陆火星乃至探索更遥远的太空做准备。但奥巴马上台后,这一计划受到了“干扰”。据报道,奥巴马政府倾向于跨过月球,直接探索火星及更远的太空。就连曾经登月的宇航员奥尔德林也认为,美国应当继续将焦点对准火星。
现在,“重返月球”计划的理由似乎更为充分。美国航天局的科学家们表示,水的发现,说明月球不是一个一成不变的死寂世界,它可能充满活力和趣味。“我们正在揭开邻居的神秘面纱,从而了解整个太阳系”。
根据美国航天局的“重返月球”计划,宇航员们可能在2020年首次重返月球。最初的几次登月都计划由4名宇航员完成,他们在月球表面的停留时间约为7天。随后,美国将逐步建设月球基地,其中包括电力供应系统、月球车装配及宇航员居住区。最终的月球永久基地将可以保障宇航员在月球上持续居住180天,可为载人探索火星作准备。
5月拍摄的美国月球勘测轨道器（上）和月球陨坑观测和遥感卫星（下）。
美国航天局11月13日公布的撞月后月尘升腾的照片。
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