登陆月球到底发现什么 在月球南极登陆并找到水到底有多难

一系列的研究表明，在月球南极和北极的某些地区有可能存在大量的水。这对于未来有可能建设的月球科研基地，以及以月球为基地向深空发射航天器来说是一件好事情，因此世界各国的科学家们都试图找到它。

月球上的水

在相当长的时间里，月球都被认为是一颗极度干燥的星球，它没有全球性的强磁场，也几乎没有大气（它所有的气体加起来也不超过10吨），当阳光照射到月面时，月表温度可以高达120℃，而在漫长的月夜，它的表面温度下降到-180℃。一般认为，在如此恶劣的环境下，是不可能有液态或固态水存在的。

月球南极与背面艾特肯盆地（嫦娥4号着陆区）

尽管每24小时会有5吨的太空小颗粒（包括彗星颗粒）降落到月球表面，这些微粒中可能携带着水分子，但强烈的太阳射线会对水分子进行光解，把它分解为氢离子和氧离子，然后太阳风会把这些离子吹散到太空中，将干燥的灰尘留给月球。

科学家们曾经在阿波罗15号携带回的月球火山灰晶体样子中发现过水分子的踪迹，这并不奇怪，如前所述，月球由地球分离而来，它距离地球很近，地球上有水，月球上理应存在过大量的水。既然月球表面的水因为阳光的分解而消失，在那些太阳照射不到的地方，比如说月表之下的深处，或者在月球两极的永久阴影区里，理论上会存在水。这些水不会蒸发，它们应该是极低温的水冰。

M3探测仪显示月球坑底有可能存在水

月球的永久阴影区

与地球不同，月球的自转轴倾斜的角度非常小。我们知道地球赤道面相对于黄道面的轴向倾斜角有23.44°，这给我们带来了四季交替；但月球相对于黄道面的轴向倾斜仅为1.5424°，也就是说月球的赤道总是正对着太阳，而在月球两极的一些深坑中，永远都不会有阳光照射到。这里被称为月球的永久阴影区。

月球自转轴与地球的相对夹角

月球的北极与南极在地形地貌上存在少许差异，月球北极Peary Crater边缘的四个山区可能在整个夏季都会被照亮，形成永恒之光的顶峰。南极没有这样的区域，这里更多的是火山口与巨大的陨石坑，在这些坑中永远都不会有阳光照射到。

由于月球的内核已经冷却，火山死亡，因此不会有地热。永久阴影区的温度低至-238℃~-247℃，这是目前已知在太阳系中最冷的温度，它甚至比冥王星表面还要冷。并且这样的低温一直维持了至少十几亿年。

月球南极点的永久阴影区，中间的沙克尔顿陨石坑直径19公里

在如此极端的温度之下，水分子不会蒸发或升华，如果当初月球表面曾经存在水，它们会在这些永恒黑暗的寒冷深坑中聚集，并且永远保存下去。

通过绕月探测器对月球长时间的测量，以及计算机对测量结果的模拟计算表明，月球两极的永久阴影区总面积高达14000平方公里，是上海市总面积（6339平方公里）的两倍多。

永久阴影区里有多少水？它到底是以什么形态存在？会像我们地球表面冰封的湖面吗？这一切都是未知数。因为多年以来没人实地到达那里，一次也没有过。大家都是通过间接数据进行推测，没有直接的结论证明。

月球北极点的永久阴影区，这里地形复杂

对永久阴影区的探索

2009年6月，美国宇航局发射了月球勘测轨道器LRO，主要目标是对月球进行基础科学发现。LRO在50-200公里的极地轨道环绕着月球运行。但LRO上搭载的可见光相机LROC并不能清楚拍摄到永久阴影区内部的影像，因为那里光线实在太微弱了。

2008年，印度向月球发射了“月船1号（Chandrayaan-1）”飞船，飞船上搭载了美国NASA的“月球矿物制图仪（Moon Mineralogy Mapper）”又称M3。科学家们使用这台成像光谱仪在反射的太阳光下观察到羟基（·OH）共有的吸收线，从而证实了月球极地地表水冰的存在。

M3探测仪对90%月面扫描的结果显示在极地地区存在羟基

同样在2009年6月，NASA还向月球发射了一颗月球坑观测和遥感卫星（LCROSS），它携带了一个巨大的撞击器“半人马”，用于探测月球南极永久阴影区里的水冰。同年10月9日，2305千克重的“半人马”以2.5千米/秒的速度撞击南极Cabeus陨石坑，巨大的撞击能量溅起了约350吨的月球物质。通过对这些物质的光谱分析，科学家们认为其中大约含有155千克的水，由此推断Cabeus陨石坑中大约含有浓度为“5.6±2.9％质量”的水。通过进一步的推算，科学家们认为在月球的永久阴影区里，总共将有超过6亿吨的水冰。

LCROSS飞船和它的“半人马”撞击器（左下方）

月球水的存在形式

月球上的水到底是以什么形态存在的？它究竟是像地球上一样纯净的冰块，还是混杂在月壤中的细小冰晶，或者只是含有化学键合水分子的无机盐？无论是M3还是LCROSS都无法给出准确的答案。它们都是通过吸收光谱检测挥发物质中包含的氢氧根离子，并不能在空中看到水。

要想知道那些深藏在月球极地阴冷深坑中水的形态，就必须到达月面，进入到那些坑洞中挖掘土壤进行分析。这想起来容易，做到却很难。

月球极地可能存在水的区域

如何到达永久阴影区？

大半个世纪以来，美、俄、中三个国家总共向月球发射了数十颗探测器，这些探测器大多着陆于月球南北纬45度线范围之内。之所以这些科技发达的国家没有选择深入月球两极，其中最主要的一个原因就是那里的情况太过于恶劣，以人类现有的技术成功的把握很低，风险极大。

月球着陆器到达永久阴影区寻找水冰，都需要哪些条件和技术呢？

一、抗低温技术

前文已经介绍了，永久阴影区里没有太阳光，因此它的温度长年在-238℃以下，有的地方甚至达到-247℃，在如此极端低温下，无论是航天器的材料还是电子设备将面临极大考验。

嫦娥4号着陆器

许多金属材料和化学材料长时间处在超低温环境下会发生脆化，它的强度会急剧下降，润滑剂失去作用；外部传感器和内部电子设备会失灵。抗超低温技术的研发是件耗资巨大且收益甚微的工作，任何机构在对其拨款之前都会三思。

现有卫星和空间站的背阴面温度也比较低，但它在技术上并不难解决，并且它始终会有朝向太阳的一面，只需要做好隔热及热交换就可以了，而在月球的永久阴影区着陆，你只能倚靠内部加热来解决。

二、能源自给

月球永久阴影区里没有阳光，着陆器无法依赖太阳能电池供电。因此需要为此设计大功率的核能电池来为其提供能源，同时核能电池也可以为内部电路供应热能。这已经有相对成熟的技术，看起来不难做到。

美国火星车采用能源自给的方式供电

三、测控技术

嫦娥三号和其它月球着陆器因为面向地球，可以实现直接的通信和遥测控制。嫦娥四号是通过设置在拉格朗日L2点的鹊桥中继卫星来实现间接的遥测通信。但在月球极地的深坑中，通讯信号就无法传递到地球，也不能通过鹊桥来中继，因为信号都被阻挡了。

要想实现着陆器与外界的通信只有两个办法：一是在坑的上部边缘设置信号中转基站，这意味着极其精确的极地着陆技术；另一个是在月球极地轨道上等距离设置四颗以上的信号中继卫星，三颗卫星肯定是不够的。否则着陆器只能与地面断续地传递信号。

鹊桥中继星不适用于未来的永久阴影区探索

四、更加强大自主的机器人

我们知道美国的火星车已经能够做到一定程度的自主探测，这是因为地球与火星之间相距遥远，讯号单向传输时间最长可达22.4分钟，一个来回需要45分钟，因此火星车被设计成可以做些简单的自主行进及探测动作。嫦娥4号在着陆过程中以及玉兔2号的移动探测也已经实现了部分自主。

但在月球永久阴影区里却完全是另外一种情形，这里的边坡陡峭、怪石嶙峋、土壤松散，你完全无法预料机器人会遇到什么样的险情，也无法在地面模拟它（二者的重力相差6倍）。因此一个高度灵活并完成复杂攀登工作的强大机器人是完成任务的必要条件。

月球极地山峦叠嶂，坡陡坑深

至于说将宇航员派到那里，一百年内是想都不要想。

五、采样及返回技术

如果月球着陆器不能完成采样后的就地化学分析，并将信号传输回地球，我们就需要让它有能力从深坑里发射升空，并且将样品带回地球，这也需要相当复杂的技术做保证。

总结：

我们已经知道月球表面存在水，这些水对未来可能的月球基地和深空任务非常重要，我们不仅要发现它、找到它，还需要仔细分析它的成分，最终实现工业化的开采。

现有的火星车都不适用于月球极地的深坑环境

月球表面的水大多存在于南北两极的永久阴影区，这里终年不见阳光、温度极低，难以接近。因此各国对月球水冰的研究都处于利用轨道器进行遥测分析的阶段。

要想实现对永久阴影区水冰的采样与分析，将面临一系列复杂的技术难题，这需要科学家们花费大量的时间一项一项地加以解决，同时也离不开庞大的资金支持，这决不是仅投资几亿美元、航天探索正处于蹒跚学步阶段就能完成的任务。

印度“月船2号”登月，止于想象

科学研究工作既需要高瞻远瞩，更需要脚踏实地，任何的浮夸与不切实际的幻想都将是对科学的亵渎，也必然会伤害其自身。

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