[科普中國]-在月球建立基地看來有戲！

眾所周知，月球是太陽系中的第五大衛(wèi)星，月表的大氣非常稀薄，可以說幾乎沒有大氣。夜晚時大氣密度只有大約2x105/立方厘米，其主要成分是氖、氫、氦和氬。正是由于月球缺乏大氣，其白天溫度高達127攝氏度，夜間則降到零下183攝氏度。作為地球唯一的天然衛(wèi)星，自古以來人們對它充滿了無限的憧憬與向往。

在許多的科幻作品中都提到，未來人類移民到月球上生活。作為碳基生物，水是人類生存必不可少的要素，人類能否在月球上生存，關鍵在于月球上是否有水。在1994年美國克萊門汀號月球探測器到達月球之前，人們一直認為月面上不可能有水。

1994年1月21日，美國發(fā)射了克萊門汀號探測器。該探測器在對月球南極進行探測時，首次發(fā)現(xiàn)月球南極可能存在水的直接證據。事實上，這是一次搭車之旅，美國軍方為這個探測項目出資，主要目的是為了測試可能用于反導彈系統(tǒng)的一些技術，探測月球只是捎帶的次要任務。結果，克萊門汀號給科學界帶來了一個令人振奮的消息，它不僅繪制了月面圖，而且發(fā)現(xiàn)月球的南極地區(qū)可能存在冰凍水。根據報道，克萊門汀號探測器在月球的南極附近發(fā)現(xiàn)，月球南極艾肯大盆地里有厚約幾米的冰淤泥混合在一起的凍土。艾肯盆地直徑約為2500千米，深達13千米，月球南極位于該盆地邊緣，大部分為永久陰影區(qū)，即太陽光永遠照射不到的地區(qū)。

1998年1月7日，美國又發(fā)射了月球勘探者號探測器，主要是尋找月球上是否有冰湖的蹤影。月球勘探者號環(huán)繞月球飛行了一年，最近時距離月面僅10千米。在飛行中拍下了幾張圖片，圖片顯示了冰湖存在的可能性。月球勘探者號的感應器證實了克萊門汀號的發(fā)現(xiàn)：艾肯盆地存在著水冰，它們冰凍于月球的巖石或縫隙中，與人們在地球北極發(fā)現(xiàn)的情形類似。根據月球勘探者號發(fā)回的數據推測，月球上水的儲量可能在1100萬噸至3.3億噸之多。

1998年3月5日，美國航天局向全球發(fā)布了一條特大新聞：月球勘探者號探測器發(fā)現(xiàn)月球兩極存在大量冰凍水，其儲量約為0.1億噸到3.3億噸，它們分布在月球北極近5萬平方千米和南極近2萬平方千米的范圍內。有人提出，如果月球隕石坑底部土壤水層非常深厚，那么月球上的水資源儲量最終有可能達到13億噸。后來，還有人估計月球上的水資源儲量約為100億噸！月球勘探者號首席分析家艾倫**.**賓得博士欣喜若狂地說：“我們在月球上找到了水！”他認為，這一發(fā)現(xiàn)證實在過去幾十億年里，冰彗星和冰隕石襲擊月球時，把冰留在了月球上。

月球上的水資源第一次被證實，這一振奮人心的消息的確可以令科學家們欣喜若狂，一時在全世界也產生了強烈反響！因為這一發(fā)現(xiàn)對于人類在下個世紀建立永久性月球基地具有里程碑式的重大意義。有人推算，即使月球上的水只有3300萬噸，也可以供2000人在月球上生活100年。如果從地球將這3300萬噸水運往月球，至少要耗資60萬億美元。

不過，人們還是不能過于樂觀的。必須特別指出的是，月球勘探者號完成繞月探測使命后，高速撞向了月球可能存在水冰的區(qū)域，以便通過巨大撞擊能量產生水汽云，以進一步證明水冰的存在。遺憾的是，最終地面和太空中的望遠鏡都沒有觀測到期待的水汽云。盡管結果如此，科學家們還是認為在月球兩極附近環(huán)形山的土壤深層存在著某種形態(tài)的冰，至少在月球兩極地區(qū)深處存在著一些小冰晶。

在月球兩極地區(qū)，照射到月球表面的太陽光線與水平面的夾角不超過2度，這樣就使得大片區(qū)域被長長的陰影遮蓋，永久地處于黑暗之中。當飄蕩在空中的水分子達到這些地方時，立即就在攝氏零下225度的低溫環(huán)境下凝結成固態(tài)。曾有人猜想，如果歷史上曾有冰彗星撞擊到這些地方，那里很可能會留下一些水冰。2004年，由美國史密森學會與地球行星研究中心Bruce A.Campbell領導的阿雷西博研究小組，采用70厘米波長的射電波來探測月球表面之下水的蹤跡，據說探測深度可達到所有先前研究的5倍?？茖W家對所看到的較強的射電波反射的含義存在很大爭議，即它可能是存在厚冰塊的證據，也可能是來自典型的環(huán)形山傾斜、崎嶇地形的反射。

爭議不大的是1998年公布的月球勘探者號在月球兩極的黑暗地區(qū)探測到大量明顯的氫元素，估計是來自于水。但是這些初期調查只探測到月球表面土壤中一兩米的深度。Campbell領導的研究小組利用阿雷西博射電望遠鏡探測了月球北極地區(qū)的幾個小環(huán)形山以及位于南極的Shoemaker和Faustini環(huán)形山，射電波可深入到月球表面以下5米多，但天文臺只檢測到很弱的雷達反射波，研究人員得出結論，認為電波遇到的肯定只是月球的巖石和塵土，因而才將電波大部分吸收了。Campbell承認，他對于沒有找到厚冰塊感到非常失望，但同時指出，他們的探測結果絕不是意味著月球上沒有水。他解釋說，如果月球土壤成分中冰晶的常見體積只有高爾夫球般大小，雷達便探測不到它們。問題在于，這些冰晶也許只有雪片大小或者更小，與挖掘大冰塊相比，從其他月球物質中提取這些小冰晶要困難得多而且代價昂貴。

2009年10月9日，美國航天局的半人馬座火箭和月球坑觀測與傳感衛(wèi)星到達月球南極附近月球坑密布的一處指定地點上空。依照美國航天局原先設想，先使用重2.2噸的半人馬座火箭以9000公里時速撞向常年背陰的凱布斯月球坑，而后使用尾隨火箭其后的月球坑觀測與傳感衛(wèi)星捕捉撞擊畫面，分析撞擊揚起的塵埃成分，并在月球坑觀測與傳感衛(wèi)星撞擊月球坑之前發(fā)回相關數據。凱布斯月球坑直徑約100公里，中心最凹處深3.2公里。受撞擊后，形成直徑20米至30米的大坑。半人馬座火箭撞月后激起了兩部分塵埃：一部分由蒸汽和微塵組成；另一部分由質量更重的物質組成。月球坑觀測與傳感衛(wèi)星順利捕捉到相關畫面并按時傳回數據，4分鐘后，同樣撞毀在凱布斯月球坑。歷時一個月的數據分析之后，科學家興奮地得出結論：月球有水。

月球在人類開發(fā)太空的活動中具有特殊的地位。它不僅是人類探測太陽系和其他行星最理想的中轉基地，而且還蘊藏著豐富的資源，例如月球土壤里存在的氦-3就是地球上十分難得的核燃料，將來如果能開采利用，可滿足全世界幾百年甚至上千年的能源需求。此外，月球還是理想的光學天文、射電天文、引力波物理和中微子物理等學科的試驗和觀測基地?？傊?，隨著月球被證實有水存在，人類在月球上建立基地的愿望終將實現(xiàn)。