对月球近侧和远侧地图的最新分析表明,阳光照射下的岩石和土壤中存在多种水和羟基来源,包括各个纬度地区陨石撞击挖出的富水岩石。
“未来的宇航员也许能够利用这些富含水的地区,甚至在赤道附近找到水。以前,人们认为只有极地地区,特别是极地深处阴影下的陨石坑,才能找到丰富的水,”行星科学研究所高级科学家罗杰·克拉克说。“知道水在哪里不仅有助于了解月球地质历史,而且还可以知道宇航员将来在哪里可以找到水。”
克拉克是《行星科学杂志》上发表的论文《从月球矿物学测绘仪(M3)观测到的月球上水和羟基的全球分布》的主要作者。
克拉克和他的研究团队(其中包括 PSI 的科学家 Neil C. Pearson、Thomas B. McCord、Deborah L. Domingue、Amanda R. Hendrix 和 Georgiana Kramer)研究了月船一号航天器上的月球矿物学测绘仪 (M3) 成像光谱仪的数据,该航天器于 2008 年至 2009 年间绕月飞行,绘制了月球近侧和远侧的水和羟基图,比以往更加详细。
要想在月球阳光照射的部分找到水,需要使用红外光谱法,在红外线反射的阳光光谱中寻找水和羟基(一种含有一个氢原子和一个氧原子的功能性化学基团)的痕迹。数码相机只能记录光谱可见部分的三种颜色,而 M3 仪器则记录了从可见光谱到红外线的 85 种颜色。
就像我们能从不同的材料中看到不同的颜色一样,红外光谱仪可以看到许多(红外)颜色,从而更好地确定成分,包括水(H2O)和羟基(OH)。水可以通过加热岩石和土壤直接获取。水也可能通过化学反应形成,释放羟基并结合四个羟基以产生氧气和水(4(OH) -> 2H2O + O2)。
通过研究位置和地质背景,克拉克和他的团队能够证明月球表面的水是亚稳态的,这意味着 H2O 会在数百万年内慢慢被破坏,但羟基 OH 会残留下来。陨石坑事件会使地下富含水的岩石暴露在太阳风中,随着时间的推移,水会逐渐分解,破坏 H2O 并形成弥散的羟基 OH 光环,但破坏过程很缓慢,需要数千到数百万年的时间。