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NASA放出重磅消息,吊了一星期胃口终于宣布:月球上有水资源

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  每当取得了一项突破性发现,并且找到充分证据的时候,科学家们总是会兴奋地第一时间将自己的成就向全世界宣布。哪怕只有相对可靠的证据,或者论文仅仅是发表在了arxiv这种预印本网站上,他们都要忍不住先要昭告天下。

  但这一次,NASA却反其道而行之。在差不多一个星期前,他们就在官网上宣布,要在当地时间本周一中午12:00宣布一条关于月球的重磅消息,颇有电影预告片吊足观众胃口、吸引观众观看的味道。

  

  等了许久,我们真的没有失望,这个消息,确实非常重磅……

  立下功勋的“飞机”

  时至今日,人类已经建立了口径达500米的地基望远镜,也发射了远在几百公里外的太空望远镜。但是,这一次立下战功的,是一台搭载于飞机上的望远镜——SOFIA

  SOFIA全称叫做红外天文学平流层天文台,其实本质上是一架波音747客机。科学家在它的侧面打开了一个洞,将一台巨大的反射式望远镜放置进去,就改造成了一台先进的天文观测设备。

  

  SOFIA既不留在地面,也不逃离大气层,而是能够摆脱大部分地球大气层,在空气相对非常稀薄的11000米高空飞行。既能够减少大气层对来自宇宙红外线99%的干扰、给观测提供了非常好的观测条件,也能够大幅降低观测成本,并且观测任务也更加灵活

  看起来它似乎不伦不类,但实际上SOFIA的优势非常明显,它在历史上也为人类立下过汗马功劳。它曾经发现了火星上的氧气,探测到了宇宙中的分子键,这些都是天文学上最重要的发现。

  这一次,正是凭借着SOFIA的强大能力,NASA再一次获得了更加重磅的发现——他们在月球上找到了水!

  

  月球上的生命之源

  我们知道,液态水对于生物来说至关重要,是生态环境中各种化学反应的重要溶剂,也是生物新陈代谢必不可少的物质。地球上最早的生命,也是起源在海洋之中。因此,不论是在其他天体寻找系外生命,还是确定人类的宇宙殖民地,水都是最重要的因素。

  我们已经在火星上发现了水,也基本确定木卫二、土卫二、冥王星等天体表面以下的巨大液态水海洋。但是,在距离我们最近的大天体月球上,我们却始终认为那里没有水,而是一片完全荒芜、贫瘠的死寂的世界。

  

  事实上,早在2009年的时候,科学家就曾经在月球上发现了水的踪迹。只不过,当时科学家是在3微米的红外波段下进行观测的,这里就有一点点争议,因为除了水分子之外,它还可能来自于同样由氢和氧组成的含羟基化合物。

  如今利用水分子所特有的不同波长,科学家们才终于下了结论,将最后一点点疑虑消除,确定了2009年的发现。

  独特的水分子结构

  和羟基不同的是,如果在6微米的红外波段进行探测,那么科学家将会在水分子中看到一条独特的特征,那就是必须由两个氢原子和一个氧原子才能产生的H-O-H的弯曲振动。

  

  为此,NASA戈达德太空飞行中心的天文学家Casey Honniball和他所率领的科学家团队,在发现了这个特征后,决定利用这个波段把最后的争议消除。

  可是问题在于,目前人类正在对月球进行探测的所有设备,都不具备在这个波段进行观测的能力。在地面上,我们倒是有可以在红外波段进行探测的望远镜,但地球的大气层就像是一道厚厚的屏障,遮住了它们的视线。于是,SOFIA成为了不二之选。

  Honniball介绍说:“SOFIA是目前运行或者计划运行的唯一一个能够进行这些观测的天文台……SOFIA飞到了地球99.9%水蒸气的上方,这里允许6微米的光通过并且被我们测量到。幸运的是,SOFIA的FORCAST仪器恰好能够对月球进行观测,并且进行6微米波长的观测。”

  

  水!找到水了!

  但是,对于SOFIA来说,它还要面临一个挑战。在此之前,它的工作更多地是进行深空探测,放大那些极远极暗的天体。如果用它来观测月球,不仅仅是杀鸡用牛刀,而且会导致月球被放得太大,无法看到整体

  为此,研究人员在2018年进行了测试,确定SOFIA是否具备观测的能力。虽然结果不甚满意,但是由于太关心月球表面是否有水,他们决定忽略那些劣势,进行了水的探测。

  功夫不负有心人,经过探测,SOFIA的FORCAST仪器真的在月球南半球的克拉维乌斯环形山附近发现了研究团队渴望见到的证据,那就是只能由H-O-H弯曲振动产生的发射线。而且,根据他们的分析,这里水的丰度达到了约百万分之100至400,这和11年前在3微米波段探测到的结果完全一致!

  (图片说明:克拉维乌斯环形山)

  

  没有疑问了!我们终于确定了月球上的水资源!

  虽然这个水的浓度并不高,只有地球撒哈拉沙漠的1/100,但这仍然值得兴奋。也许在未来,我们还能发现更多的月球水资源,但我们今天终于迈出了第一步!

  接下来问题也出现了:这些水是从何而来、又是以怎样的形式存在的呢?

  极端气候下月球的水资源

  研究人员指出:月球表面的水可能有两个来源

  1. 来自于陨石的撞击,陨石带着自己的水资源入驻月球;

  2. 太阳风中的氢和月表的氧结合成为羟基,然后在陨石撞击的过程中转化为水。

  

  当然了,鉴于月球表面的环境,水资源是不可能像地球一样形成江河湖海这种形式的。月球表面没有大气层,水资源要么冰封在表面,一旦接收到足够的阳光就会升华,无法以液态形式存在

  我们注意到:不管是哪种形成来源,都离不开陨石的撞击。在撞击的过程中,月表的一些物质就会被融化,但也会迅速冷却。在这个过程中,水分子就被固定在这里,留在了月球表面,这就是Honniball认为的水在月球表面存在的可能形式之一。

  除此之外,科罗拉多大学博尔德分校的天文学家Paul Hayne在另一项研究中心的成果也是其中一种可能性。他认为,月球南极的陨石坑中有一些永久阴影区域,这里纬度本来就高,而且边缘和中心区域落差太高,导致阳光永远无法射进去。在一些陨石坑里,甚至出现了-163℃的极低温,很难想象,这个温度就出现在地球旁边的月球上。

  

  根据Hayne等人的研究,月球表面大约有4万平方公里的区域处于这样的阴影中,其中60%都分布在南极。在这里,水不仅是结冰那么简单,还会硬得像一块石头,并且在长达10亿年的时间内都被冰封在这里

  人类的宝贵资源

  我们都知道,NASA正在紧锣密鼓地进行着阿尔忒弥斯计划,其中最重要的一个环节就是载人登月项目,以及在10年内建立月球基地的宏伟蓝图。在这个过程中,人类势必要在月球表面逗留相当长的一段时间。在这种情况下,完全从地球携带水资源是非常困难且高成本的。

  如今,科学家们在月球表面发现了水资源,就可以帮助宇航员就地取材,建立月球基地,并为未来更好地开发月球资源奠定重要的基础。

  

  再过差不多一个月,我国的嫦娥五号就要发射升空了,不知道它是否会临时增加针对NASA本次发现的研究。不管怎么样,相信我国的嫦娥五号探测器也将发现更多月球的秘密。人类距离建立月球基地,可能真的不远了!

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