月球上到底有没有水?

猜一猜，什么地方有“海”却没有水?月球。从雨海、静海、澄海到丰富海、云海，从阿丽阿黛溪再到虹湾、风暴洋，月球上到处都是和水有关的地名。但20世纪美国“阿波罗计划”采集回来的月岩却异常干燥，比地球上最干燥的沙漠还有过之而无不及。因此，除了地名之外月球和水似乎再无瓜葛。

这一直接后果就是在月球上建立长期甚至永久基地的可能性变得渺茫。因为水是一种非常高效、易于使用和储存的氢、氧载体，它可以维持人类的日常需要，用来生产火箭的推进剂，为地球和月球之间的运输系统提供燃料。试想在月球上工作了好多天的航天员无法洗个澡是什么样的情形?月球上没有水，要建设和运行月球基地就必须从地球上运水，这个成本实在太高昂了。

与地球近23.5°的黄赤交角不同，月球的赤道与黄道的交角只有大约1.5°。自转轴几乎和黄道面垂直的构形，使得月球两极的一些地区可能会处于永久的黑暗之中。日本“月亮女神”探测器发现，月球两极确实存在永久阴影区。那里的温度保持在大约50开(-223℃)，被形象地称为“低温陷阱”。其结果是，由陨星带到月球上的水冰就会在低温陷阱中积累并被永久保存。

事实上，近半个世纪前天文学家就开始争论，月球上可能有冰。但直到20世纪90年代初才有了些许眉目，而它缘起的地点则是出人意料的比月球环境更为严酷的水星。当时天文学家使用雷达探测水星的地貌，接收到了来自水星两极环形山中永久阴影区的回波。从回波的特性来看那里似乎存在一个厚冰层。

受这一“利好”消息的影响，1994年科学家在美国“克莱芒蒂娜”月球轨道探测器上安装了一个雷达。当它经过月球南极上空的时候，反射回来的信号也“预示”有冰存在的痕迹。但很多人对此存有疑问。

1998年，美国“月球勘探者”探测器专门携带了中子谱仪，来测量宇宙线轰击月球表面所产生的中子的能量。如果这些中子在飞向探测器的过程中与月球土壤上层的氢原子发生碰撞的话，它们的速度就会大为降低。通过测量快中子和慢中子的比例，它令人信服地证明月球的两极地区富含氢原子，而这些氢原子极有可能来自混合在月球土壤中的冰。

近年来，月球迎来了新一轮的探测热潮。美国“月球勘测轨道飞行器”发现月球极地环形山永久阴影区的温度仅有-240℃。这一温度不仅可以储存水冰或者氢达数十亿年，还使得这些永久阴影区成为太阳系中最寒冷的地方。它还在月球南极附近的环形山中探测到了水的信号，且信号比预期的要强。

此后，印度“月船1号”探测器上的“月球矿物探测器”也在月球上发现了水分子。虽然这些水仅仅存在于月球表面最上层的1～2毫米之中，但它的分布却十分广泛，且月面纬度越高，水分子的信号越强。同时，这些信号的强弱还会随着昼夜周期性地变化。

月球两极环形山永久阴影区中是否存在水冰的决定性证据，来自美国主动撞击月球的“月球环形山观测和传感卫星”。它由两部分组成。其中占据绝大部分的是“宇宙神”5型火箭的二级火箭“半人马座”，另一部分则是“牧羊人”探测器。

2009年10月9日，“半人马座”火箭以超过2.4千米/秒的速度撞上了月球南极的卡比奥环形山。“牧羊人”探测器对此进行了大约4分钟的观测。当原子和分子被激发的时候，它们就会释放出特定波长的辐射，这些辐射能被分光计探测到。“牧羊人”探测上的近红外、可见光和紫外分光计对撞击抛射物进行了探测。红外分光计探测到了水的信号，紫外分光计则探测到了氢氧根。这次探测共发现了95升水。这一数字仅仅是环形山中总储水量的下限，进一步的分析表明那里还有更多的水冰。

月球是怎么形成的?

对月球的起源，大致有四大派，但仍未定论。

1、分裂说

这是最早解释月球起源的一种假设。早在1898年，著名生物学家达尔文的儿子乔治·达尔文就在《太阳系中的潮汐和类似效应》一文中指出，月球本来是地球的一部分，后来由于地球转速太快，把地球上一部分物质抛了出去，这些物质脱离地球后形成了月球，而遗留在地球上的大坑，就是现在的太平洋。这一观点很快就收到了一些人的反对。他们认为，以地球的自转速度是无法将那样大的一块东西抛出去的。再说，如果月球是地球抛出去的，那么二者的物质成分就应该是一致的。可是通过对“阿波罗12号”飞船从月球上带回来的岩石样本进行化验分析，发现二者相差非常远。

2、俘获说

这种假设认为，月球本来只是太阳系中的一颗小行星，有一次，因为运行到地球附近，被地球的引力所俘获，从此再也没有离开过地球。还有一种接近俘获说的观点认为，地球不断把进入自己轨道的物质吸积到一起，久而久之，吸积的东西越来越多，最终形成了月球。但也有人指出，像月球这样大的星球，地球恐怕没有那么大的力量能将它俘获。

3、同源说

这一假设认为，地球和月球都是太阳系中浮动的星云，经过旋转和吸积，同时形成星体。在吸积过程中，地球比月球相应要快一点，成为“哥哥”。这一假设也受到了客观存在的挑战。通过对“阿波罗12号”飞船从月球上带回来的岩石样本进行化验分析，人们发现月球要比地球古老得多。有人认为，月球年龄至少应在53亿年左右。

4、碰撞说

这一假设认为，太阳系演化早期，在星际空间曾形成大量的“星子”，先形成了一个相当于地球质量0.14倍的天体星子，星子通过互相碰撞、吸积而长合并形成一个原始地球。这两个天体在各自演化过程中，分别形成了以铁为主的金属核和由硅酸盐构成的幔和壳。由于这两个天体相距不远，因此相遇的机会就很大。一次偶然的机会，那个小的天体以每秒5千米左右的速度撞向地球。剧烈的碰撞不仅改变了地球的运动状态，使地轴倾斜，而且还使那个小的天体被撞击破裂，硅酸盐壳和幔受热蒸发，膨胀的气体以极大的速度携带大量粉碎了的尘埃飞离地球。这些飞离地球的物质，主要有碰撞体的幔组成，也有少部分地球上的物质，比例大致为0.85：0.15。在撞击体破裂时与幔分离的金属核，因受膨胀飞离的气体所阻而减速，大约在4小时内被吸积到地球上。飞离地球的气体和尘埃，并没有完全脱离地球的引力控制，通过相互吸积而结合起来，形成全部熔融的月球，或者是先形成几个分离的小月球，在逐渐吸积形成一个部分熔融的大月球。