月球永久陰影下,隱藏著什麼秘密?科學家將派機器人深入極寒區域

月球是地球唯一的衛星,同時也是距離地球最近的天體,從上世紀50年代末前蘇聯發射「月球1號」探測器以來,人類差不多向月球發射了近140顆探測器,遠遠領先第二名-火星,可以說對地外天體的探測,人類對月球的了解應該是相對最深入和最全面的。

不過,即使人類在50多年前就已經登上了月球,也有包括前蘇聯、美國和中國在內的3個國家從月球上取回了月壤樣品,但是截至目前,我們對月球的認知也僅僅處于初級階段,特別是對于月球的演化歷史、月球上水冰的存在區域和條件、氦3資源的形成和分布等等,必將貫穿于今后人類對月球深入探測的全過程。

月球永久陰影區的新發現

大家知道,在月球上密密麻麻地分布著大小和深度都不一的隕石坑,這些隕石坑內部究竟分布著什麼,一直以來都是科學家們重點關注和研究的課題之一。后來,科學家們通過諸多月球軌道探測器,發現了一些坑石坑內部,分布著具有能強烈反射太陽光線的「潔白」物質,經證實是由水和一些氣態物質凝結所形成的水冰,從而表明月球上的確存在著水資源。

為了探測月球上水資源的分布和含量情況,在2009年10月的一天,美國NASA發射了月球隕石坑觀測與傳感衛星,并最終以時速9000公里的速度撞擊了月球,在形成「卡比厄斯」隕石坑的同時,也在月球的陰影區域形成了一股羽流。這次撞擊,使得這片月球永久陰影區第一次短暫地被光線所照亮。

隨后一艘航天器對激起的塵埃羽流進行了采樣分析,結果檢測到155公斤的水蒸氣,這個發現震驚了世界。因為在傳統的認知中,月球表面缺乏大氣,氣壓極低,晝夜溫度極大,而且還時刻受到高能粒子的沖擊,月表如果存在水資源,那麼在很短的時間內就會立即蒸發。此次人類航天器主動撞擊月球,充分表明了月球上面不但有水,而且含量還很豐富,據科學家們初步估測,月球上的水冰,起碼有6萬億公斤。

在實驗取得重要的數據之后,科學家們通過深入的分析,認為這些水冰物質,大部分集中在月球兩極的永久陰影區內部。之所以是「永久陰影區」,一方面是因為月球的自轉軸與太陽系黃道平面夾角僅有5度左右,太陽光線幾乎水平地照射到它的兩極,而極地隕石坑的邊緣會阻擋光線直接到達它們的深處。

另一方面,在一些較深的隕石坑內部,不但太陽光線無法直接照射進去,就連隕石坑邊緣反射的太陽光線,也無法照射進內部,因此可以稱為「雙陰影區」,內部溫度可能達到零下250攝氏度,有可能是太陽系中溫度最低的區域。在這樣的環境下,是完全有條件支撐水冰的長期存在,據推測,有些區域的水冰,古老到已經存在了數十億年,幾乎與月球「同歲」。

這些古老水冰是如何來的?

地球的演化歷史是非常復雜的,從古到今都被始終活躍的地質活動所打亂,因此要想追溯地球的起源和發展演化規律比較困難。而月球則不一樣,在很早以前內核就已經冷卻,它上面的水冰,特別是永久陰影區內的水冰,可以說自它們到來之后就幾乎沒有受到什麼影響,將月球形容為太陽系的歷史博物館一點也不為過。

關于水是如何到達月球的,目前科學界主要有三種觀點。一是通過小行星或彗星在撞擊月球時遺留下來的。在這種情況下,當太陽系形成時,太陽系內部熾熱的水分子被太陽風蒸發并吹走,只有在寒冷的空間區域,水才能凝結并積聚成冰冷的結構。這些包含水冰的天體,隨后轟炸了包括月球在內的「內太陽系」,向其表面輸送了水源。

二是在月球演化的中期,出現了強烈的、全球性的火山噴發,釋放出大量塵埃和氣體物質,在短期內形成了稀薄的月球大氣,其中含有的水蒸氣因低溫環境,逐漸在月球兩極凝結,形成水冰,最后只有處在永久陰影下的水冰,沒有經歷重復蒸發,一直保留到現在。

三是太陽風將氫氣運送到月球,并與月球表面的氧氣發生反應,最后形成水冰。

從目前來看,由小行星或者彗星撞擊形成月球水冰的這種可能性,被科學家們接受的比例較高。因為,從水冰的氮碳比看,遠遠超出了火山所能提供的合理水平,而且其中的硫元素含量也比較低,因此火山形成假說存在較大的問題。另外,從月球水冰中的氘同位素含量看,要比太陽風中的含量高很多,而與彗星中的類似。如果月球的冰完全由彗星提供,那麼地球可能也是如此。這可能意味著巖質行星,必須經歷類似的影響,才能積累生命繁衍所需的水資源。

后續將要派出機器人深入月球陰影區

之前人類對月球的探測,還未曾真正涉獵到永久陰影區。比如,阿波羅載人登月只是集中在月球的赤道附近。中國的嫦娥四號和玉兔二號是在月球背面的南極馮·卡門撞擊坑,也沒有瞄準永久陰影區。

目前,美國正在加快實施重登月球的「阿爾忒彌斯計劃」,準備在數年之內將人類重新送上月球的表面,而在此任務之前,還可能包含一項專門針對月球永久陰影區的探測任務,目前美國NASA正在尋求與商業公司合作,準備派一批機器人完成這項使命。

比如,美國Intuitive Machines有可能成為第一家探索月球永久陰影的公司,計劃于今年年底在SpaceX火箭上發射,降落點位于沙克爾頓隕石坑附近的山脊上,通過3次「跳躍」進入隕石坑內部,通過攜帶的探照燈和攝像機觀察陰影區內部都有什麼。

今年夏秋時節,美國和韓國還將分別發射小型航天器,專門對月球永久陰影區進行探測。更為重要的是,預計在2023年,一輛名為 VIPER的月球漫游車將乘坐 SpaceX 獵鷹9號火箭前往月球,之后將駛入月球的三個永久陰影區域,并將鉆入一米深的地下冰層,通過對樣本的采集和分析,最終揭示月球永久陰影區域內的古老水冰,所隱藏的諸多秘密。

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