月球的四個未解之謎?通過比較進入磁層之前、期間和之後月表水含量的變化，山東大學空間科學研究院的研究團隊證實了地球風(主要是來自地球大氣層的氧、氮、氫等離子)可以補充月表蒸發的水因此，除了太陽風，地球風同樣可以與月球表面物質相互作用而生成水，今天小編就來說說關于月球的四個未解之謎?下面更多詳細答案一起來看看吧!

月球的四個未解之謎

通過比較進入磁層之前、期間和之後月表水含量的變化，山東大學空間科學研究院的研究團隊證實了地球風(主要是來自地球大氣層的氧、氮、氫等離子)可以補充月表蒸發的水。因此，除了太陽風，地球風同樣可以與月球表面物質相互作用而生成水。

月球是距離地球最近的天體。長久以來，月球都被認為是人類最可能實現星際移民的理想地點。雖然早在20世紀60年代，人類就已踏足月球表面，但若想實現月球移民，甚至建立月球基地，還有一個十分重要的資源問題需要解決——水。

月球上是否存在水？1961年，美國科學家肯尼思·沃森等人率先提出了月球可能存在水冰的設想。幾十年來，科學家一直在尋找月球水存在的證據及其可能的來源途徑。近日，一篇發表在《科學報告》的研究文章指出，從地球上層大氣逃逸的氫和氧離子，或在月球上結合，成為月球上已知水冰的可能來源之一。

目前，月球水已然成為國内外行星科學領域的研究熱點。月球水既具有重要的科學意義，也蘊含着潛在的應用價值，對其展開研究不僅有助于理解月球演化曆史，更有助于未來月球科研站、月球基地等的建設，為動植物生存、火箭燃料等提供關鍵資源。

巨大的溫差讓月表沒有液态水

與地球不同的是，月球本身沒有全球性磁場，也沒有濃密大氣的保護，其表面直接暴露在極端溫度和惡劣的太空真空環境之中。此外，月球表面的平均溫度可以從白天的約100攝氏度，下降到夜晚的零下150攝氏度左右，如此大的溫差使得液态水無法穩定存在。因此，此前人們普遍認為月球如同沙漠一般幹燥無水。

但随着觀測研究的深入，科學家發現月球極區有些撞擊坑底部的永久陰影區，終年不受太陽光照射，溫度極低，在真空條件下，水冰可能穩定存在。

20世紀90年代，科學家發現“克萊門汀”号探測器上雷達在月球南極永久陰影區的回波存在異常；NASA“月球勘探者”号探測器上的中子譜儀顯示月球永久陰影區有大量的氫。

昏暗無光的永久陰影區，聚集了尋找月球水的目光。科學家希望能夠在月球永久陰影區找到月球水存在的證據。

2010年，美國的衛星撞擊月球的永久陰影區，在濺射的塵埃中發現了大量的水冰，證實了月球水的存在。2020年，美國國家航空航天局(NASA)首次通過望遠鏡觀測證實月球表面存在水；2022年1月，我國嫦娥五号月球着陸器首次獲得月表原位探測數據，月球存在水從此有了“現場證據”。

如今，科學家已經通過月球遙感探測、返回月球樣品分析以及撞擊實驗等多種研究手段，發現了月球水主要以3種形式存在：兩極永久陰影區的水冰、部分區域來自月球内部的岩漿成因水以及以羟基或水分子形式遍布月球的月表水。

月球水有内外兩種可能來源

雖然已有種種“實錘”表明了月球水的存在，但這些水究竟是怎麼來的，目前還沒有一個定論。科學家認為，月球水有兩種可能的來源，即來自月球内部和外部。具體而言，月球水可能來自月球内部的岩漿，或來自外部太陽風轟擊，彗星、流星體和微流星體的撞擊等。

關于月球岩漿水，此前科學家在分析阿波羅月球樣本時就曾發現岩漿水，但當時科學家一直以為是樣本受到了地球“污染”。2013年8月，美國約翰斯·霍普金斯大學的研究人員利用印度“月船一号”探測器上攜帶的月球礦物繪圖儀，對位于月球赤道附近的布利奧隕坑進行成像分析，發現布利奧隕坑中心峰含大量氫氧基。研究人員認為這是布利奧隕坑含有月球深部岩漿水的直接證據，表明月球在形成之初就有可能存在水。

2011年，科學家對阿波羅飛船帶回的月球表面岩石标本進行了分析。他們重點測量了标本中一類名為磷灰石的礦物所含的氫同位素組成比例，結果發現其組成比例與3個已知彗星中的氫同位素組成比例接近。由此研究人員認為，彗星是月球上水的主要來源之一。

不過，月球的紅外光譜數據表明整個月球的表面都存在水，并且月球在早晨和晚上溫度較低時水含量較高，在中午溫度較高時水含量較低。而月球内部岩漿水，以及來源于彗星和流星體的水，在月球表面分布較為分散，并不能完全解釋整個月球表面都存在水以及水的日間變化特征等。

所以，目前的主流理論認為，來自太陽的太陽風包含着帶正電的氫離子，它們持續轟擊月球表面，與月表物質中的氧原子結合，生成了分布在全月球的羟基或水分子。這一理論能夠很好地解釋已被觀測證實的月球水日間變化等現象，同時也得到了阿波羅月球樣品氫同位素分析和氫離子轟擊實驗的證實。

科學家認為，太陽風生成的水在太陽光照的加熱下“蒸發”，其中一部分遷移并沉降到溫度極低的兩極永久陰影區，經過漫長的地質年代，兩極儲藏了大量水冰。

因此，太陽風被認為是月球水的主要來源之一。

地球風也是月表水的成因之一

不過，月球并不總是“沐浴”在太陽風中，每月還有3—5天位于地球磁尾中。滿月前後2—3天内，月球位于地球磁層内，屆時太陽不再轟擊月表生成水，先前由太陽風産生并蘊藏于月表的水，在太陽光照的加熱下會大量“蒸發”。所以，理論上月表的水應該相應地有所減少。

然而出乎意料的是，山東大學空間科學研究院的研究團隊在分析“月船一号”探測器獲得的數據時發現，月球位于地球磁層内時，月球表面的水卻并未顯著減少。通過比較進入磁層之前、期間和之後月表水含量的變化，研究團隊證實了地球風(主要是來自地球大氣層的氧、氮、氫等離子)可以補充月表蒸發的水。因此，除了太陽風，地球風同樣可以與月球表面物質相互作用而生成水。

此前，北京大學地球與空間科學學院教授宗秋剛發現地球磁層中有氧離子向月球方向運動；在此次最新研究中，研究人員從重力異常的角度分析，地球風轟擊月球表面形成的水，可能通過各種地質過程儲存在月球兩極。

為何科學家如此“執着”追尋月球水的來源？要知道，水在類地行星的地質演化中，具有舉足輕重的作用。探明月球水的來源，或能幫助科學家揭示月球的身世之謎。

月球大撞擊成因理論認為，月球是由地球與一個火星大小的天體發生碰撞而産生的熾熱碎片形成的。在這個形成過程中，由于高溫及劇烈活動，在月表形成了一個全球性的岩漿洋。不過，也正是由于高溫，科學家認為月球上的揮發分大量流失，月球水就是在這時全部蒸發，即月球在岩漿洋階段，基本是不含水的。而在月球火山玻璃、磷灰石以及橄榄石熔體包裹體中探測到的水，被認為是在月球岩漿洋結晶後，月球發生部分熔融，由隕石、彗星以及太陽風注入到月球内的。因此，了解月球水的來源，關系到人類對于月球成因及其動力學演化的認識。

此外，對于月球水來源的不斷探究，使科學家能夠更加深入地理解太陽系中水的演化，以及太陽及其磁層活動對于行星—衛星系統的影響。太陽系中其他行星系統中也可能存在類似的物質輸運“通道”，例如火星大氣逃逸的氧、碳、氮等成分，其中一些就可能會到達火衛一的表面。那麼，火衛一上是否也有可能存在水？其他天體系統有沒有類似的機制？我們是否可以通過這種機制尋找宇宙中的水，甚至是地外生命？這些都有待于科學家進一步研究證實。

作者 王慧姿 系山東大學空間科學研究院博士後

來源：科技日報

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