一直以來，月球上有沒有水及其賦存方式等問題在學術界爭論不休，而與之相伴而來的，是人類一次又一次地踏上月球“尋水”的征程。
近日，來自美國的科學家們借助衛星數據,在分析月球上古代火山沉積物后得出了最新結論——月球內部含有大量的水，進而為“月球有水”再添憑證。
一片空白
人們最早對于月球有水做出猜測，可以追溯到上世紀60年代初期。
1961年，美國科學家肯尼思·沃森等人首次提出“月球存在水冰”這一設想。他們認為，月球極地一些撞擊坑底部可能處于太陽照射不到的永久陰影區，這些陰影區表層和次表層溫度常年維持在-223℃～-233℃。
在這樣的低溫條件下，原始月球脫氣作用產生的水，以及彗星撞擊月球攜帶至月表的水，就很可能會以水冰的形式長期保存下來。因此，沃森等人推測月球兩極的撞擊坑底部是月球上最有可能儲存水冰的地方。
在這些撞擊坑當中，最具代表性的當屬“躺”在月球南極、以英國南極探險家歐內斯特·沙克爾頓的名字命名的沙克爾頓坑。沿著沙克爾頓坑的邊緣，山峰都暴露于持續的陽光照射下，而坑的內部卻是永久的陰影。
“在很長一段時間里，人們都在爭論沙克爾頓坑里到底有些什么。”位于美國休斯敦的月球和行星研究所高級研究員Paul Spudis表示。
的確如此。在“月球可能儲存著水冰”這一設想提出后的30多年里，其始終停留在理論階段。盡管不少科學家試圖從多方面進行探索，但無論是繞月探測器、不載人的著陸探測器以及“阿波羅”載人登月的實地考察，還是對月球樣品和月球隕石的分析，都未能找到月球有水的確鑿證據。
也正因如此，這段時期學界內大多數科學家都認為，月球表面不存在任何形式的水。
發現蹤跡
然而，在探尋宇宙的征程中，人類從不缺乏好奇心。時間進入上世紀90年代后，月球“尋水”之路終于出現了轉機。
1994年年初，美國發射名為“克萊門汀號”的月球探測器，該探測器上搭載了一臺雙基地雷達，其可從繞月衛星向月球表面發射電磁波信號，再根據回波信號來推斷月球表面物質的相關信息。3個月之后，“克萊門汀號”不負眾望地傳回捷報：其雷達回波呈現出揮發性冰的特征。這也被認為是月球兩極存在水冰的第一個直接證據。
然而，發現人員還沒高興多久，爭議就隨之產生。有科學家提出質疑，“克萊門汀號”上的雷達在極地觀測時采用82°~90°的大入射角，這本身就可能導致異常回波；此外，那些非水冰的低損耗物質以及粗糙月表等，同樣也會引起回波異常。因此，“克萊門汀號”帶回的雷達探測結果既不能肯定水冰的存在，也無法確定水冰的準確儲量。
吸取了“克萊門汀號”的教訓后，1998年1月，美國又發射了“月球勘探者”探測器。“月球勘探者”計劃對月球進行全面的探測，其中首要目標就是尋找月球上是否存在水的證據。
這一次，“月球勘探者”搭載的并非雷達，而是中子探測儀，其可以測量月球表面氫的含量。由于氫有可能是以水分子形式存在，所以氫信號的強弱可以間接反映水含量的多少。在1年的在軌服務探測中，探測結果顯示，在月球兩極地區存在豐富的氫，而且北極的氫信號比南極稍強，據此推測月球極區可能含有豐富的水冰。這一發現被認為使人類朝著實現移居月球并將月球用作火星探測發射基地的設想躍進了一大步。
雖然相對“克萊門汀號”的雷達探測，中子探測的爭議相對較小，但中子探測也有其狹隘性——其反映的只是月球兩極永久陰影區存在大量氫，而至于這些氫究竟以何種形式存在，又成為新的爭論焦點。
浮出水面
正所謂“工欲善其事，必先利其器”。近年來，隨著科學儀器的靈敏度和分析精度的顯著提高，原本一些隱藏的線索也相繼浮出水面。
2008年發表在《自然》雜志上的一篇研究顯示，美國布朗大學的阿爾貝托·薩爾研究團隊，利用二次離子質譜分析技術，對“阿波羅”樣品中約40顆月球火山玻璃的氫含量進行分析，分析結果與地球地幔樣品中氫和水的分析結果相似，從而證明月球內部可能與地球的地幔一樣存在大量的水。
之后，美國衛斯理大學教授詹姆斯·格林伍德及其團隊也在“阿波羅”月球巖石樣品中發現了微量水，最高含量可能有千分之幾。
除了“被動”地分析樣本與數據，人類還試圖通過“主動”地“撞月”來驗證水的存在。
2009年10月9日，月球勘測軌道器（LRO）與月球坑觀測和傳感衛星（LCROSS）一同發射升空，其中后者由牧羊航天器和半人馬座火箭兩部分組成。在這次“撞月”計劃中，約2.2噸重的半人馬座火箭首先以2.5千米/秒的速度撞擊月球南極的凱布斯坑，隨后，牧羊航天器上的科學儀器有4分鐘時間探測撞擊濺射物，并把探測數據傳回地面控制中心。
之后，科學家們用水和其它物質已知的近紅外光譜信號，同LCROSS近紅外光譜儀在撞擊中獲得的光譜信號進行對比，發現只有月壤與水的混合光譜，與LCROSS獲得的光譜相似，進而證明凱布斯坑中確實有水存在。
2008年10月，印度“月船一號”探測器發射升空，在其攜帶的多套科學儀器中，包括一臺微型的合成孔徑雷達（Mini-SAR）。
根據2010年3月在休斯敦召開的第41屆月球與行星科學會議上公布的結果，微型雷達在月球北極發現了40多個大小不等的撞擊坑具有異常的回波特征。其中,約30個撞擊坑只有坑內出現回波異常，坑環和外圍都沒有出現回波異常，推測是由于坑內含有水冰引起的，這說明月球極區的這些撞擊坑內很可能存在水冰。
據初步估算，月球北極的30余個撞擊坑內大約儲存著6億噸水冰。“如果將這些水冰轉化為液態氫和液態氧用于火箭發射，那么相當于2200年每天發射一個航天飛機。”作為這一項目研究人員之一的Spudis表示，“這還僅僅只是我們能夠看到的。我認為實際的水冰存儲體量至少要比現在估計的高一個量級。那里有很多的水，我們能夠利用它發展航天設施，這才是真正的意義所在。”
最新證據
通過研究月球反彈和吸收的光線，就能判斷出月球表面含有哪些元素或混合物。但問題是光譜儀同時也會測量熱度，因而白天月球表面的高溫，讓科學家無法獲得必要的數據來解讀月球是否含有水分。
為此，研究人員將目光聚焦于月球樣本的測量數據上：這些數據結合月球特定地區的詳細溫度和地圖數據，讓研究人員得以從光譜儀數據中移除熱量數據。
在英國《自然·地球科學》雜志剛剛出爐的研究報告中，來自美國布朗大學的研究人員正是利用這項技術，對印度“月船一號”月球礦物測繪儀的測量數據展開了新的分析，研究了月球上的火山碎屑沉積物，發現在這些火山沉積物里含有“異常高含量的水”。
研究結果帶來的“驚喜”還遠不止如此。研究人員幾乎在被研究的月球區域里火山噴發造成的每一個沉淀物中，都發現了其含有水的證據。
“關鍵是，這些富含水分的沉淀物的分布十分廣泛。”本研究的第一作者、布朗大學地質學家Ralph Milliken在文章中表示，“它們遍布月球表面，這告訴我們，在‘阿波羅’任務樣本中發現水分并不是一次性事件。”
雖然月球內部水的確切來源仍舊是個謎，但無論如何，這項發現都對未來探索月球意義重大。其不僅有可能為在月球上如何獲得水提出一個新的替代方案，日后對其的開發，也必將加速人類可持續開發宇宙的進程。■