NASA实验证实月球表面可利用太阳风形成水

几十年来，科学家们一直对月球水的来源感到困惑，而水资源可能对未来的月球探索至关重要。自20世纪60年代以来，一个主流假说认为，水的来源可能是太阳本身，它源源不断的带电粒子流（即太阳风）与月球贫瘠的表面相互作用，形成了水分子。如今，美国宇航局（NASA）领导的一项新实验提供了迄今为止最有力的证据，证明这一过程确实正在发生，证实了一项可能重塑我们对利用月球资源进行人类任务的看法的理论。

这项突破来自美国宇航局戈达德太空飞行中心的研究人员，他们着手在迄今为止最逼真的实验室模拟中重现严酷的月球环境。太阳不断发射太阳风，这是一股以超过每小时一百万英里的速度行进的氢质子洪流。虽然地球的磁场和大气层可以保护我们免受这种轰击，但月球却没有这样的保护。月球表面覆盖着一层名为风化层的尘埃物质，完全暴露在这些粒子之下。

这一过程始于太阳风质子撞击月球风化层。这些质子可以从月球土壤中获取电子，转化为氢原子。然后，氢原子与月球矿物（例如二氧化硅）中丰富的氧原子结合，形成羟基，有时还会形成水分子。

多年来，航天器已经在月球最上层探测到了羟基和水分子，但以目前的技术来区分这两者仍然很困难。

首席研究员李夏·杨（Li Hsia Yeo）和同事杰森·麦克莱恩（Jason McLain）设计了一个定制的实验室，以测试太阳风是否真的是辐射源。该装置允许他们用模拟太阳风的光束轰击真实的月球土壤，这些土壤是在1972年阿波罗17号任务期间收集的。

实验开始前，对样品进行烘烤，以去除返回地球后可能吸收的水分，确保检测到的任何新水都是通过测试得出的结果。

该团队的装置非常独特，因为它在整个实验过程中将月球尘埃密封在真空中，防止受到地球大气的污染。在几天的时间里，他们将样本暴露在高剂量的模拟太阳风中，相当于8万年的月球暴露时间。

他们使用光谱仪测量尘埃对光的反射情况，检测到红外光谱中出现了明显的下降，具体是在3微米附近——这是水吸收能量的标志。这一发现表明，月球样本中形成了羟基和水分子，证实了几十年前的理论。

这一发现意义深远。它不仅证实了太阳风是月球水形成的主要驱动力，还表明这一过程仍在持续进行。

观测表明，月球上与水相关的光谱信号每天都在波动，在凉爽的早晨达到峰值，随着表面变暖而减弱，直到夜间表面再次冷却时才恢复。这种每日周期变化表明存在一个活跃的、不断补充的来源——很可能是太阳风——而不是像微陨石撞击这样的零星事件。

这些发现对美国宇航局的“阿尔忒弥斯”计划尤为重要，该计划旨在在月球南极建立持续的人类居住地。据信，月球上的大部分水被封存在极地永久阴影陨石坑内的冰中。如果太阳粒子持续不断地产生水，月球土壤本身就能成为饮用水、氧气甚至火箭燃料的可再生资源，从而支持更长期、更雄心勃勃的任务。