月球上的水：探测历程与新的证据

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1、517霄地质学报ACTAGEOLOGICASINICAVJuol1y．852N0O1．71月球上的水：探测历程与新的证据郑永春¨，张锋，付晓辉，邹永廖¨，欧阳自远。1)中国科学院国家天文台，北京，100012；2)中国科学院研究生院，北京，100049；3)中国科学院地球化学研究所，贵阳，550002内容提要：最早提出月球上可能有水的设想是在2O世纪6O年代初，但一直停留在理论阶段，即使60~70年代阿波罗计划采集的月球样品在地面实验室的精细分析也认为月球上没有任何形式的水。美国1994年发射的克莱门汀号和1998年发射的月球勘探者号虽然

2、获得月球上可能有水的一些间接证据，但其探测数据的解释一直存在质疑和争论。2008年以来，新的探测数据和研究成果等多项证据明显支持月球上有水的观点：2008年，阿波罗月球样品中的火山玻璃被检测出含有痕量的水，且玻璃珠内核的水含量高于外环；2009年11月，与月球勘测轨道器(LRO)一同发射的月球坑观测和传感卫星(LCROSS)撞击月球过程中获得的探测数据分析表明，撞击目标凯布斯坑中含有水；2010年3月，在含有磷灰石的阿波罗岩石样品中检测到水；2010年3月，由NASA研制、搭载在印度月船一号探测器上的微型雷达月球矿物制图仪探测获得月球存在

3、水冰的证据。关键词：月球探测；雷达探测；中子探测仪；光谱探测；撞击；水冰；证据；月球月球存在水冰的设想最早由美国科学家肯尼思是常见的无水矿物，即辉石、斜长石、橄榄石、钛铁·沃森等在1961年提出(Watsoneta1．，1961)：由矿、尖晶石等，没有发现任何原生或次生的含水矿于月球极区的太阳入射角很小，一些撞击坑底部可物，如粘土、云母、石膏等；③月球上没有发现大气、能处于太阳照射不到的永久阴影区(图1)，表层和水体和生物等能够证明水存在的痕迹；④月球表面次表层温度常年维持在4OK左右(目标一233℃)。在数十亿年间经历了无数小天体的频繁

4、撞击，即便原始月球脱气作用产生的水、彗星撞击月表带来的曾经有水，撞击过程产生的高温熔融也早已使这些水，在如此低温条件下逃逸进入太空的概率很小，很水逃逸。加上月球没有大气层、引力束缚小等因素，可能以水冰的形式被长期保存下来，因此推测月球外源和内生的水在月球表面很难长期保存。两极撞击坑底部可能存在大量水冰。1早期探测由于月球上的水既具有重要的科学意义，也蕴含着潜在的应用价值。在月球水冰设想提出后的1．1永久阴影区30余年问，许多科学家持续进行多方面的探索，但月球极区的永久阴影区是最有可能保存水冰的无论是早期的绕月轨道器、着陆器、月球车的不载人

5、理想场所。为此需要获得月球极区的高分辨地形数探测，还是阿波罗宇航员的登月考察，以及月球样品据，根据地形遮挡计算出永久阴影区的分布范围。和月球陨石在地面实验室内的精细分析，都没有找图1中的左图为北纬85。～90。的北极区、右图为南到月球有水的可靠证据(欧阳自远，2005；郑永春等，纬85。～9O。的南极区的地形和光照情况，不同颜色2004)。因此大多数科学家认为，月球表面不存在任表示年均日照百分率(一年中的光照时间占全年的何形式的水，并提出四个方面的证据来支持其观点百分比)(Busseyeta1．，2004)。日照百分率为0的(Heiken

6、eta1．，1991)：①月球岩石主要是岩浆冷却黑色区域是太阳光照射不到的永久阴影区，均位于形成的各类火成岩，没有发现与水作用有关的沉积撞击坑底部。极少数日照百分率为1009／6的白色区岩(包括砂岩、页岩和石灰岩等)；②月球的主要矿物域(永久光照区)，一般位于山顶。极点右侧的沙克注：本文为科技部863计划重点项目课题(编号2009AA122201，2009AA122204)和国家自然科学基金(编号40904051)资助的成果。收稿日期：2010—12—01；改回日期：2011—04—15；责任编辑：郝梓国。作者简介：郑永春，男，1977年

7、生。博士，副研究员。主要从事行星科学、天体化学、月球与深空探测战略研究等。Email：zyc@nao．cas．cn。DOI：CNKI：l1—195I／P．20110715．0821．002网络出版时间：2011-7—158：21网络出版地址：http：／／www．cnki．net／kcms／detai[／l1．1951．P．20110715．0821．002．html第7期郑永春等：月球上的水：探测历程与新的证据度，太阳基本上在地平线上划过，光线不能照射到撞击坑的底部，因此，可见光相机和其它需要依赖太阳光反射或激发的仪器都不能看到这些撞击

8、坑底部的景象。而雷达探测不依赖光照，可以对月球两极永久阴影区进行成像，可望获得撞击坑底部的地形和水冰是否存在的确凿证据。美国给印度月船一号探测器提供了多套科学仪器，其中包括一台微型合成孔径雷达