月球南極是太空探測器和人類未來探月任務的最新熱點。這個地區條件惡劣,溫度低至零下233攝氏度。表面布滿隕石坑,太陽幾乎沒有再地平線升起過,沒有任何光照一片黑暗。
這樣的環境和條件看似並不特殊,但這恰恰是月球南極吸引人的部分原因。
水冰被永遠凍結在隕石坑深處永恆的黑暗中,現在,一項新的研究顯示,從這些隕石坑中收集水冰可能比科學家預期的要容易,在未來這些水冰可以為前往月球的旅行者提供水、空氣和火箭燃料。
一張合成圖像,顯示了月球南極附近地殼下的質量所產生的不同重力。美國宇航局重力和內部實驗室任務的圖像,覆蓋在美國宇航局月球偵察軌道飛行器的高度計和相機觀測的地形上。紅色代表引力較大,藍色代表引力較小,這也說明了隕石坑內可能存在水冰。
美國宇航局(NASA)將目光鎖定在月球的南極,為他們下一次的載人登月任務做準備。預計將於2024年發射的Artemis 3號將把下一批太空人帶到月球表面,其中包括第一位在月球上行走的女性。但是,這不是人類唯一探索月球的任務。
嫦娥4號著陸器(左)和月船2號探測器(右)。
中國正集中精力探索月球,中國國家航天局(CNSA)宣布計劃在未來10年內建造一個月球站。2019年1月,中國的「嫦娥四號」著陸器和「玉兔二號」月球車成為第一批在月球背面安全著陸的飛行器。中國國家航天局(CNSA)正按計劃在未來幾年向月球南部地區進行一系列的發射任務。
隨著印度加入美國、俄羅斯和中國探索月球的行列,印度正在經歷一場航天熱潮。2019年7月22日,印度向月球的南部地區發射了月船二號軌道器,以及Vikram著陸器和Pragyan月球車。這三台太空飛行器上的多項科學實驗將繪製出月球南極沉積物的地圖,以供進一步探索月球南極可能存在的水資源。。
高雅的文學是美酒,我的文學只是水;但每個人都喜歡水。」——馬克·吐溫
月亮曾經被認為是一個沒有空氣、乾燥的死亡世界,對那些有朝一日想殖民太空的人幾乎沒有任何幫助。但是最新在月球上探測到的水錶明,布滿隕石坑的南極可能是我們穿越太空寒冷沙漠的第一個綠洲。雖然在月球的北極也發現了水冰,但大多數沉積物是在南極地區發現的。
當彗星撞擊月球表面時,水就會沉積在月球上,水分子甚至可能在月球上遷移,但這只會發生在很短的距離內。
當研究人員檢查風化層或月球土壤時,他們預計會發現固態冰。相反,他們發現的是散布在整個樣本中薄薄的冰霜。研究人員表示,微隕石對月球表面的撞擊可以解釋這一意外發現。
「環繞月球運行的太空飛行器探測到,在南極一些隕石坑的地面上有一層低密度的水霜,這些隕石坑是已知的非常寒冷的地區,可以捕捉到水和其他揮發物。這些隕石坑的底部也暴露在太空環境中。
與地球不同,月球極其稀薄的大氣層並不能保護月球表面免受太陽風或微隕石撞擊。這些條件正在慢慢地把水從月球地殼極薄的一層趕走。這些微小碰撞產生的碎片比人類頭髮絲還要細,在基本上沒有空氣的低重力環境中,撞擊的碎片可以從撞擊處飛行近32公里。
約翰霍普金斯大學應用物理實驗室(Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory)的行星科學家達納赫利(Dana Hurley)說「所以每次發生這樣的撞擊,都會有一層非常薄的冰粒散布在月球表面,暴露在太陽的熱量和太空環境中,最終升華或消失在太空中。」
一個有趣的想法是月球上存在水循環的可能。水通過彗星或太陽風形式並沉積在月球表面,並通過微隕石和化學過程的影響被運送到其他地方,然後再一次收集和分散。
航天飛行的一個問題是,無論是太空飛行器還是人類,都需要攜帶飛行所需的,包括燃料和人類任務的生命支持系統。這些必需品增加了火箭的重量,增加了飛行成本。
如果在月球上建立一個現成的儲水庫(甚至可以從中產生的氧氣和燃料),將意味著太空旅行者在旅途中不需要帶那麼多的氧氣、水或燃料,這將大大緩解太陽系內部旅行的挑戰和成本。如果到月球旅行的人能從月球水冰中獲取水(通過採礦或自然過程),那麼未來在月球表面定居就會比從地球上取水要容易一些,而且要便宜得多。
當人類居住在太陽系時,模擬的空間殖民地內部的樣子。水冰可以給棲息地提供空氣,飲用水和種植植物的水。
所以月球可能會成為第一個人類外太空的殖民地,也是通往更遠世界的中繼站。美國、歐洲、中國和印度的探測器正在探索月球南極,尋找生命的重要組成部分——水。
氫沉積物(藍色)提供了月球南極地區可能發現水冰的位置。
2009年美國發射的月球勘測軌道飛行器(LRO)在月球南極探測到了氫,氫是水的主要成分,目的是尋找隱藏的冰庫。
月球勘測軌道飛行器上的萊曼阿爾法繪圖項目(LAMP)儀器顯示,在月球兩極看到的霜凍只有2000年的歷史。這將意味著月球表面正在發生一種重要的補水方式。
隨著美國宇航局(NASA)載人登月計劃的展開,中國和印度都將目光集中在月球的南極上。私營太空企業家埃隆•馬斯克(Elon Musk)最近告訴《時代》(Time)雜誌,他的公司SpaceX有望在兩年內將探測器送上月球,並在四年內將人送上月球表面。
所以每個人的目光都集中在月球最新、最令人嚮往的地方——南極。