月球之水哪里来

张唯诚

在欧洲中世纪的民间传说中，一只狐狸说服一只狼相信月亮是由新鲜的奶酪制成的，这当然不是真的。大约40年前，当宇航员登上了月球，看到月球表面荒凉得可怕，别说奶酪，连一滴水也看不到。科学家们在研究了宇航员带回来的月壤样本后认为：月球上没有水。他们说，那些月壤“像骨头一样干燥”。

但月球上没有水的说法在后来的研究中越来越站不住脚了，因为人们在月岩样本中发现了水的痕迹，那是隐藏在月岩中的氢氧基，这种物质由一个氢原子和一个氧原子组成，其含量与水的存在有很大的关系。那是不是表明月球内部其实是有水的呢？

说月球内部含有水，通常使人们想到月球的起源。目前，最能说明月球起源的观点是“碰撞说”。这个理论认为，月球形成于一颗和火星差不多大小的行星的碰撞，那次碰撞极其剧烈，足以使地球的相当一部分融化和汽化。在那次碰撞中，地球的一部分被抛入太空，它们和碰撞天体变成无数碎片环绕在地球周围，一段时间后，那些碎片通过聚合形成了月亮。

科学家模拟了这个过程，他们曾经认为，撞击后，来自地球的绝大部分水都在太空中消失了，然而最新的研究却显示，实际情况可能并非如此，有些水看来是被封闭在月球中了。

在晴朗的夜晚，只要有一架普通的天文望远镜，你就会发现，月球表面上遍布着大大小小的陨石坑，它们来自小行星、彗星和陨石的撞击。仔细观察，你还会发现，有些陨石坑中有一个小小的山峰，那是由撞击的反弹导致的。当碰撞发生后，月球表面被砸开了一个洞，有时往往深达几千千米。于是，月球内部的物质便从洞中涌出来，它们越堆越高，待冷却后，便形成了一座山。可以想象，如果月球内部含有水，水便会被这种运动带到月球表面，它们会隐藏在这样的山上，所以观测这样的山峰或许能够找到水。

有科学家在《自然——地球科学》期刊上发表文章说，他们的研究证明，这种山上的确存在着水。这个发现来自于美国航空航天局安装在印度“月球一号”上的一种仪器的观测，这种仪器名为“月球矿物学绘图仪”，它观测到了一个位于布利奥陨石坑中心的一座山峰，发现这座山峰的月岩中含有氢氧基，其含量水平足以和水的存在产生密切的联系，这表明这个陨石坑中很有可能存在着来自月球深处的水。布利奥陨石坑位于月球赤道附近，直径大约61千米，是以17世纪法国天文学家布利奥的名字命名的。科学家们认为，在这样的地方发现氢氧基和此前在月岩样本中发现的氢氧基形成了相互的印证，足以说明月球内部存在水的科学假设，这对破解月球起源之谜和研究月球内部的物质构成具有重要意义。当然，在开发和利用月球上，它的意义就更不用说了。

然而，月球上的水并不仅仅来自于月球的内部。事实上，水在月球上可以说是无处不在，只是你找不到瀑布、湖泊和海洋，甚至连一滴可供直接饮用的水也找不到。这是怎么回事呢？

人类大规模的月球找水行动，早在20世纪后期就开始了。首先，人们想到的是月极。月极附近较深的陨石坑里不会有阳光照进去，因而那里极冷，能起到收集水和其他易挥发物质的作用。为了在那里找到水，人们想到撞击月球，即用人造撞击物冲击月球表面以扬起陨石坑中的尘土，然后近距离地用光谱仪测出其中是否有水分存在。这样的实验已做过多次，如2009年，人们用“月球陨石坑观测与传感卫星”撞向月球上的凯布斯陨石坑，其他撞击月球的还有“月球勘测者号”和“智慧一号”等。2010年3月，科学家发表论文称，月球南极附近的凯布斯陨石坑的确发现了水，但那些水都隐藏在土壤里，含量有限，大约为1%～5.6%。

那么月极陨石坑中的水又是哪里来的呢？科学家发现，撞击扬起的物质中除了含有水之外，还有大量物质是彗星和小行星中常有的，如二氧化碳、氨、二氧化硫、甲烷和乙烯等。这表明，月极附近陨石坑中的水很有可能是彗星和小行星带来的。由于那里极冷，水便被保存在陨石坑中。

除了月球内部、月极陨石坑之外，其他地方会有水吗？科学家同样做了实验，而且答案是肯定的。在月球上，太阳风无时无刻不在撞击着月球表面，并与月壤发生交互作用。太阳风主要由质子或带正电荷的氢原子组成。当这些带电的氢原子以三分之一光速冲击月球表面时，它们会分解月壤矿物质中的氧价分子，一旦有了游离状态的氧分子和氢原子，就容易形成水分子了。探测表明，月球表面的土壤里含有微量的水，它们存在于月壤最上层很薄的地方。这些水不断地产生，又不断地蒸发，因而不用科学仪器是看不到它们丝毫的痕迹的。

到目前为止，人类已在月球上找到了三种水，它们分别来自月极附近的陨石坑、月面上的土壤和月球的内部。这三种水会对未来的月球研究和开发起到怎样的作用呢？人们正在努力探索。

（选自2014年4期《知识窗》）