科学时光机 | 1998年3月5日，人类在月球陨石坑发现水，月球上的水到底有多重要？

1998年3月5日，美国科学家宣布在月球表面陨石坑深处发现水。当时，这一发现是通过欧洲微型SAR厚透镜探测实现的，所发现的陨石坑水冰接近纯度。此外，美国探月卫星LCROSS也探测到了冰晶与灰尘的混合物，而月球矿物绘图仪则揭示了月球表面存在薄冰层的证据。

月球上的水有三种“味道”

自从人类首次确认月球上存在少量水分以来，科学界对月球的认知不断被刷新。最新研究显示，月球上的水呈现出三种截然不同的形态。

长久以来，月球被视为一颗干旱无垠的星球。然而，这一观念在2009年发生了转变，印度“月船一号”探测器搭载的微型SAR雷达、月球矿物绘图仪，以及美国宇航局的探月卫星LCROSS的观测结果，共同揭示了月球的真实面貌。

据美国德州休斯顿月球与行星研究所的高级科学家保罗•斯普蒂斯介绍，目前科学家已在月球上发现了三种类型的水资源。第一种是接近纯度的陨石坑水冰，由微型SAR雷达在月球北极探测到的40多个陨石坑中发现，总量估计达6亿吨。这些水冰以高纯度的形式存在，呈现出纯净水的特征。

第二种形态是冰晶与灰尘的混合物，由美国探月卫星LCROSS在陨石坑含水土壤的第二层中发现。这一层含有更多的水冰，并混合了之前未被科学家发现的化学物质，包括二氧化硫、甲醇以及稀有的丁二炔分子。这种混合物的存在表明，月球上的水资源可能比我们之前了解的更加复杂多样。

第三种形态则是月球表面存在的薄冰层，由月球矿物绘图仪探测到。这些薄冰层可能形成于较早的地质时期，为月球水资源的研究提供了新的线索。

月球上的水资源不仅存在形态多样，而且成分复杂。这些发现不仅刷新了我们对月球的认知，也为未来的月球探测和研究提供了新的方向。

针对月球上某些陨石坑内近乎纯净的水冰与含有冰土混合物的陨石坑之间的差异，科学家们目前尚无法给出明确解释。一种推测认为，较深层的月球水是在太阳风的影响下形成的。太阳持续不断地释放出太阳风，其中的质子撞击月球表面，与富含氧的月球土壤物质发生反应，进而生成水。而位于浅层的月球水物质，则可能是远古时期撞击月球的彗星和小行星所带来的。

未来月球上什么资源最重要？

2020年11月24日凌晨，我国长征五号火箭圆满完成发射任务，成功将嫦娥五号探测器送入地月转移轨道。此次发射的亮点在于嫦娥五号将执行采样返回任务，标志着我国将首次获取月球土壤样本。

与前几次嫦娥探测任务相比，嫦娥五号的一大突破在于其采样量,其采集的月壤样本重达2公斤，是前苏联月球16号探测器采样量的20倍。之所以能实现如此大规模的采样，得益于嫦娥五号采用的先进月球轨道无人对接技术。该技术使得月壤样本能够先被转移至对接装置，而非直接返回地球，从而大幅减轻了上升级的重量需求，增加了可携带的采样量。

提及月球采矿，人们往往会联想到将月球上的钛、铀乃至氦-3等资源运回地球。然而，现实情况表明，将月球资源运回地球的成本可能极为高昂。因此，当前月球采矿的核心理念已转向“原位利用”，即利用月球本身的资源来支持月球中长期基地的运行，以提高探索效率和降低成本。目前，月球采矿的主要目标并非稀有矿产，而是更为常见的冰（固态水）和氧气。

有专家表示，在月球上寻找冰资源已成为当前的主要任务。传统理论认为月球无水，但近年来的观测研究发现，月球上一些永久阴暗的陨石坑内可能存在大量固态水，总量或达6亿吨，其来源可能是撞击月球的小行星或来自太阳风。一旦人类找到这些水资源，不仅可以满足宇航员的生活需求，还能支持月球上的农作物种植，实现月面基地的自给自足。此外，水分解后产生的氧气和氢气，既是宇航员生存所必需，也是火箭发射的重要燃料。

有科学家预测，如果能够找到大规模且易于开采的冰矿藏，那么月球的利用前景将大为改观，将为月球上有人基地、农业基地和工业基地的建设奠定坚实基础。

“在探索月球资源的征途中，若固态水探寻未果，月球原位制氧便成为备选策略。”专家表示，该策略是利用太阳能或核能，高效提取月壤中富含的氧气资源，为月球中长期开发任务、生命维持系统及火箭推进提供必需氧气。

截至目前，各国科研人员已设计出超过20种从月壤中的金属与非金属氧化物中提取氧气的概念方案。这些方案主要包括：基于氢还原技术的制氧法、基于碳热还原技术的制氧法，以及基于熔融氧化物电解的高效制氧法。其中，熔融氧化物电解法制氧效率尤为突出，每100公斤月壤可产出约30公斤氧气。而碳热还原法虽在制氧效率上稍逊一筹，却具备同时生成水和氢气的独特优势。

参考来源：科普中国、《中国青年科技》《科学24小时》等