月球水资源：宇宙探测的新焦点

作者段跃初 黄湘红
自古以来，人类对月球的向往和探索从未停止。从遥望的艺术想象，到现代科技的飞速发展，我们对月球的认识也在不断深化。近年来，随着深空探测技术的进步，月球水资源成为新的研究焦点，为人类探索宇宙提供了新的可能。
我国深空探测历经“两弹一星”时期的技术积累，到21世纪以来中国探月工程的高速发展，再到新时代以来行星探测工程的突飞猛进，已经成为建设航天强国的重要力量。目前，全球范围内的航天机构和企业都将深空探测目标转向月球，一场科技制高点的争夺竞赛已然开始。与20世纪的美苏太空竞赛不同，本轮竞赛以月球南极的水冰为新焦点，水资源的开采利用成为各方共同努力的目标。
月球形成之初的大撞击事件可能导致了全球范围内岩浆洋的形成，水存在于原始岩浆洋中，影响着岩浆的流动性和物理化学性质，对岩浆洋的结晶序列和月壳厚度具有很大的制约作用。水的存在还可以降低月幔岩石的熔点及岩浆的黏度，导致火山喷发更为活跃和剧烈。由此可见，水是约束月球热演化历史的关键线索，也持续影响着月表的地貌特征。
由于板块构造活动，地球表面极少保留太阳系早期的信息，而月球是一个地质时间胶囊，有可能揭示早期太阳系的状况。月球两极永久阴影陨石坑中发现的水冰可能含有古老的有机化合物和挥发物，月球表面的月壤中可能储藏了大量来自地球早期的挥发物，为我们研究太阳系的起源和早期演化提供了独特的研究资料。
月球水的研究可以追溯到17世纪，当时天文学家使用低倍率望远镜观察月表，认为黑色的区域被液态水覆盖。20世纪60至70年代，美苏太空竞赛加强了对月球水的探索，极大促进了行星科学的发展，增进了人类对月球水的理解。但“阿波罗计划”之后，探月活动进入低潮期，月球水研究的第1个阶段宣告结束。
20世纪90年代，美国的“克莱门汀号”发现了月球两极附近永久阴影区存在水冰的证据。其后发射的“月球勘探者号”的探测结果支持了月球极区存在水冰的观点。2008年，美国学者利用新技术重新分析阿波罗月壤样品的工作取得进展，找到了明确的水存在的证据；同期，印度的“月船一号”任务搭载的月球矿物学绘图仪检测到了月球表面的羟基/水分子，且在月球极区尤为富集，重塑了人们对月球水合作用的理解。2009年，美国的“月球陨石坑观测和传感卫星任务”进行了月球极区的撞击实验，对撞击溅射物的观测分析结果证实了水的存在。2020年，美国的平流层红外天文观测站检测到永久阴影区之外的水分子，尽管其浓度相对较低，但它在月球表面的广泛分布引发了极大的关注。更为重大的突破来自中国“嫦娥五号”月壤样品的研究，这些样品并非取自永久阴影区，但是分析结果表明含水量和分布范围都远超之前的理论估计。这一阶段形成的主流观点是月球上的水普遍存在，月球两极的永久阴影区最为富集。
现在，月球水的分布比半个世纪前认为的更加复杂和动态，人们对月球的看法已经从一颗干燥、荒凉的卫星演变为一个拥有重要资源的天体，特别是水资源，可能支撑人类深空探测走入新时代。探索月球水的历史进程不仅为我们的行星科学知识增添了重要的篇章，而且凸显了月球在人类航天事业中的核心作用。由此而开启的深空探测新阶段将对行星科学、探索宇宙、太空经济，甚至人类文明的发展进程都会产生深远的影响。