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月球上发现6亿吨水

时间:2017-10-20 09:14:28 浏览量:
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对于月球勘测科学家而言,目前是探索月球的最好时机,同时也是“最糟糕”的时期。美国宇航局艾姆斯研究中心的里克-埃尔菲克(Rick Elphic)说:“目前我们对月球表面产生了深入的理解认识,近期3项月球勘测任务证实了月球存在3种不同形式的水资源,进一步推动了人类未来移民月球的热情,同时勘测发现月球具备生产太空燃料的能力,它将有望成为未来太空‘加油站’,成为太阳系其他星体探索的中转基地。”

月球上发现6亿吨水月球上发现6亿吨水

美国航天局Mini-SAR雷达发现,月球北极有40多个大小不等(大约1.6至15公里)的陨石坑,每个陨石坑都充满水冰。 美国航天局科学家说,“尽管整个水冰的厚度取决于每个陨石坑中水冰的厚度,但估计至少有6亿吨水冰。”

月球探索喜忧参半

然而,未来宇航员勘测月球的计划很快地被泼了一盆凉水,今年2月,美国总统奥巴马宣布有意取消美国宇航局“星座”计划,该计划包括于本世纪20年代初再次派遣宇航员登陆月球。

尽管如此,2010年之后世界各国开始加大月球科学研究力度,奥巴马政府计划提供大量的财政资金用于研究太阳系机器人勘测,其中包括月球在内。美国宇航局已开展了4项机器人任务,旨在探索月球的大气层、重力和地震学。美国宇航局成功研制的新一代中等体型机器人——“月升(MoonRise)”将执行其中一项任务,计划着陆月球南极艾特肯盆地,挖掘土壤样本返送至地面。此外,中国和印度也发射了“嫦娥号”和“印度月球1号(Chandrayaan-1)”探测器,俄罗斯和德国也正在规划着勘测计划。

2009年,美国宇航局月球勘测轨道飞行器(LRO)和月球陨坑观测与传感卫星(LCROSS)发现月球水资源对月球勘测掀起了一场革命,此前印度月球1号也曾探测到月球水资源的存在。印度月球1号月球矿物制图仪首席科学家卡尔-皮特尔斯(Carle Pieters)说:“探测器不仅在月球表面发现水资源,而且共发现了3种不同类型的水资源。”她提及2008年月球1号在月球土壤深层的火山晶体中勘测到大量水分子,月球陨坑观测与传感卫星在月球极地也发现了水分子。这些水分子完全不同,它们来源不同,并且各有其深远意义。

月球潮湿性的历史观点和发现

在历史上关于月球潮湿性的理论各有纷说,17世纪初伽利略望远镜探测到月球之后,就被当时的科学家广泛认为存在水。月球表面的暗斑被称为“玛丽亚”,拉丁文的意思是海洋,然而到17世纪末科学界的观点又指向月球是一颗干旱的星体。上世纪“阿波罗号”登陆月球表面,并将月球岩石样本带回地面,当时美国宇航局宣称这些岩石样本“干如枯骨”。而此后相关研究打破了传统观念,月球土壤中包含着来自太阳风中的氢离子,在不稳定的化学价结构下可形成大量的氧原子,这意味着氢离子可以附在氧原子上形成含水物质,比如:氢氧基(OH-)或者水分子。

1977年,美国宇航局约翰逊太空中心埃弗雷特-吉布逊(Everett Gibson)在实验中证实了阿波罗号采集的岩石样本中当加热时会释放出水和氢氧基。但他却未改变月球岩石非常干旱的传统判断。与此同时,美国加州大学圣地亚哥分校的詹姆斯-阿诺德(James Arnold)指出,月球极地附近可能存在水,之前阿波罗号未曾探测过该区域。由于月球极地很少接收到太阳光线照射,一些深层陨坑内部几乎从未照射到任何光线。像这样的陨坑可以作为“寒冷陷阱”,用于收集水、月球稀薄大气层中任何易挥发化合物。

美国田纳西州大学从事月球岩石研究的拉里-泰勒(Larry Taylor)在夏天对比分析了一杯冰茶的冷凝状态,他说:“月球极地的陨坑的作用与此十分相似,它可以收集空气中的湿气,逐渐冷凝形成水滴。”

1994年,美国“克莱门特”(Clementine)卫星向地面传送的月球雷达数据暗示着月球表面可能存在水。该卫星仅对月球南极进行了勘测,期间雷达探测到冰水物质存在的证据。

月球“勘探者”探测器

1998年,月球“勘探者”探测器携带着一个中子分光仪环绕月球飞行,中子分光仪在石油勘探中用于寻找水和碳氢化合物。该探测器测量显示月球存在大量氢,它暗示着月球表面存在着一定数量的水。月球勘探者探测器发现月球土壤中1.5%成份是氢,氢原子可以结合形成其他氢化合物,比如:甲烷或氨水。然而,月球勘探者探测器无法精确勘测50公里以内的范围,因此对于它的勘测结果并不能完全确定在月球永久阴影陨坑中一定存在浓缩水。

最具说服力的测试是碰撞月球表面,或者挖掘土壤样本进行分析,月球勘测器下一个任务——1999年碰撞着陆在月球南极。任务操控人员希望这次碰撞可以产生足够多的水,并且从地球上能够观测到,然而碰撞结果却令人失望。欧洲宇航局也进行了类似的碰撞测试,2006年“SMART-1”探测器碰撞月球也未发现任何冰水存在的迹象。之后科学家认为这两个探测器的勘测结果说明两种可能,一种可能是月球并不存在水;另一种可能是这两个探测器太小,碰撞在月球上无法喷溅出冰水物质,或者它们选择了错误的碰撞地点。

“月球1号”探测器

2008年10月,印度成功发射“月球1号”探测器,该探测器装配一个成像分光仪,拍摄到之前未曾观测到的图像,便于科学家深入研究月球表面的化学成份。卡尔和研究小组成员基于勘测结果,发现月球表面有大量的氢氧基化合物和水。起初他们无法相信这一结果,但研究小组成员罗根-克拉克(Roger Clark)回想起这些物质类似于“卡西尼”探测器在月球上的勘测结果。1999年,卡西尼探测器在飞越月球表面时其分光仪曾探测到氢氧基化合物和水存在的迹象。

月球上存在水是科学家们意想不到的,目前他们仍在寻找月球水资源的形成之谜。一种可能性是由太阳风产生的一些个别氢氧分子暂时存在于月球表面,之后它们可能被保存于类似月球极地的寒冷陨坑中,或者逃逸进入太空。

月球陨坑观测与传感卫星探测器

2009年10月,月球陨坑观测与传感卫星(LCROSS)探测器碰撞在月球凯布斯(Cabeus)陨坑,此次碰撞与前两次月球勘测器和SMART-1探测器不相同。目前,科学家最新分析显示,LCROSS探测器碰撞地点的月球土壤成份至少1%是冰水,或许冰水含量更高。该碰撞点要比地球最干燥的沙漠潮湿一些。

在LCROSS撞月的研究中,最令科学家产生兴趣的是碰撞后喷溅的羽状物质,其中包含着二氧化碳、氨、二氧化硫、甲烷和乙烯等更挥发化学物质。美国科罗拉多州立大学杰克-伯恩斯(Jack Burns)说:“通过月球土壤中的物质,我们或许可以提炼出酒精!”

月球水资源可能来自流星体或彗星碰撞

水可以由太阳风形成,但其他的成份却不行。如果凯布斯陨坑中还有其他的物质,它们很可能来自流星体或者彗星体碰撞月球后的残骸。这意味着彗星体碰撞月球形成水资源的可能性要高于太阳风的形成来源。

月球上发现水资源同时产生了一系列的科学问题,比如:如何提取月球上的水资源。美国宇航局月球探索分析机构负责人克莱夫-尼尔(Clive Neal)说:“月球水资源从何而来?它们可以保存多长时间?它们的蓄量有多大?在月球表面零下240摄氏度的环境如何进行提取?提取操作费用需要多少?这将是一系列复杂的棘手问题。”

如何提取月球水资源

多数科学家认为最佳的月球水资源提取方案是派遣机械探索器登陆月球。最理想的是那种成功着陆火星的探测器,这样的探测器可携带一个中子分光仪。例如:这种探测器可以是寻找地下水源的高科技探矿器。目前,美国宇航局投资32亿美元用于“机器人先驱任务”,虽然该计划有不同的目的,但可以肯定的是如果这项技术成功研制,将首先应用于月球,毕竟月球与地球仅有1.3光秒的距离,科学家在地球上可接近实时地控制机器人在月球表面进行勘测,这比在火星表面进行勘测具有绝对优势。

月球将成为未来太空“加油站”

如果月球水资源和其他易挥发物质能够具体化,它们将成为未来人类在太空移民的必要条件。或许月球将成为地球人类在太空发展的“加油站”。

月球和行星协会的保罗-斯珀迪斯(Paul Spudis)将未来人类太空探索分为三个步骤:抵达、幸存和发展。该协会的拉里-泰勒说:“目前我们已实现抵达月球,上世纪70年代阿波罗号宇航员就已成功登陆月球。为了在月球上生存,月球上的水资源并不是我们的必需品,人类可以从地球运送水,再进行水循环处理。但是月球上如果存在较实用的水资源,这样将使人类在月球上更容易生存下来,人类可以摆脱地球的脐带式依靠。使用月球本地水资源,人类可以饮用水,逐渐形成可呼吸的大气层,建造混凝建筑结构,建造防御宇宙射线照射的掩体,培育生长农作物。”

如果人类要在月球上兴旺发展,水和易挥发性物质则更具重要性。泰勒说:“月球的作用就像一个太空加油站!水和易挥发性物质不仅具有很高的经济价值,而且是人类未来实现太空旅行的推进器!水可以转化分解为氧和氢,甲烷则是非常实用的燃料。但如果从地球上运送水和甲烷,它们将是比黄金更贵重的物质,如果可以在月球上进行采集提炼则是最佳选择。”

今年3月,在月球和行星科学讨论会上,斯珀迪斯评估称,月球北极地区至少有6亿吨水资源,它所提供的燃料足够实现每天发射一架航天飞机持续2000年。然而月球上提取水资源并不是一件简单的事情,斯珀迪斯通过“月球1号”探测器携载的雷达仪器发现月球北极40多个不同的陨坑中蕴藏着水,其中皮尔里(Peary)陨坑和罗兹德斯特温斯基(Rozhdestvensky)陨坑具有保存水资源的最佳证据。这些水资源多数都处于陨坑的永久阴影区域,目前其他周边区域的陨坑是否也蕴藏水资源仍需进一步勘测。

编辑:时雨
关键词: 月球
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