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月球兩極解密:有冰嗎?能建基地嗎?

  近日,嫦娥四號正式著陸月球背面,軟著陸至月球背面南極-艾肯盆地的馮卡門撞擊坑內。月球背面那麼大,嫦娥四號為何“安家”在月球南極?關於月球兩極,人類了解有多深?

  北京大學地球與空間科學學院郭弟均博士告訴科技日報記者,月球兩極可能含有水冰,這是了解月球兩極最重要的意義。而嫦娥四號的軟著陸區位於月球最古老的南極-艾肯盆地內,是認識月球早期演化的重要線索。同時,月球南極區域大致位於月球三大地體的交界處,是認識月球構造格架的關鍵。

  “相比月球其它區域,人類對月球兩極的認識還非常缺乏,尤其是光學特徵方面,此外也沒有樣品資料。”郭弟均介紹,相比地球兩極,月球兩極永久陰影區溫度更低,沒有冰川和海洋,沒有生命,沒有磁場,除了可能存在水冰之外,表面主要是硅酸鹽礦物。

  地球兩極冰雪覆蓋,月球兩極有冰嗎?

  郭弟均表示,科學界目前為止發現了月球兩極存在水冰的一些證據,並形成初步認識。

  月球兩極存在水冰的假設,最早是1961年由加州理工大學教授Watson等人提出,後來在阿波羅探月採集的月球樣品中檢測出水存在的信號,但普遍認為是由地球大氣中水汽污染導致。2009年美國發射LCROSS高速撞擊月球永久陰影區,探測撞擊形成的濺射物是否有水冰存在,僅觀測到可能有羥基存在的證據。其它探測到水存在的直接和間接證據則一直存在較大爭議,譬如雷達和中子譜儀數據。

  “月球兩級的永久陰影區為水冰的穩定存在提供了必要條件。”郭弟均説,由於月球自轉軸幾乎垂直于太陽光照射方向,月球兩極緊密分佈的撞擊坑使得高程起伏大,因此,月球兩極存在永遠無法接受太陽光直接照射的區域,被稱作永久陰影區,最新數據顯示,其面積在南北兩極分別達到約16055km2和12866km2,這裡溫度極低,最低溫度可以達到-250攝氏度。

  不過,水冰存在的形式和含量目前還有較大爭議,不同遙感數據、同一數據的解釋之間還存在著矛盾,尚未達成共識。

  “如果月球存在水,或更廣義上的水,即羥基,其來源可能有幾種:彗星水、太陽風注入的水,以及火山噴發過程中脫氣作用所産生的岩漿水等。”郭弟均表示,對於月球兩極水的確認還需要進一步的探測,尤其是針對永久陰影區的著陸探測。

  月球兩極適合建造月球基地嗎?

  “在月球兩極建立月球基地的一個主要原因是永久陰影區可能有水,如果能夠確定水的存在,兩極將是建立月球基地的首選之地。”郭弟均説。

  2018年1月,媒體報道NASA在月球北極附近發現熔岩洞,或成月球基地理想選址。

  郭弟均表示,熔岩洞表面有數十米的月殼層,提供了防止撞擊事件、宇宙射線輻射的天然保護殼,能保護基地和內部工作人員的安全。另一方面,熔岩洞的特殊結構使得內部能夠維持較窄的溫度波動範圍,相對於月表,其溫度條件更適宜建立月球基地。

  然而,建立月球基地需要投入大量尖端技術,尤其是兩極的極端溫度環境,需要更苛刻的工程技術手段和創造性的設計。

  在完成登月以前,人類了解月球兩極主要依賴遙感探測和模型模擬。人類登上月球兩極之後,可以實地測量月表物理、化學性質和空間環境,此外可以採集兩極樣品。

  郭弟均認為,探索兩極主要難點包括光照條件差,難以進行光學探測;兩極溫度低,對著陸器和巡視器要求很高;地形複雜,起伏較大以及測控要求高。(記者 唐 芳)

關鍵詞: 月球;冰水;月球背面;基地