哈佛天体物理学家泼冷水：月球城市或将面临出严重水资源问题

从贝索斯设想把重工业搬上月球，到马斯克提出要建设“自我生长的城市”，人类对月球的想象正在从短暂造访，升级为长期定居。

支撑这些宏大愿景的，是月球两极陨石坑里的水冰。有了本地水源，居民就能种粮、洗澡、冲厕所，不必事事依赖从地球运送。

但这点水，到底够不够一座城市世世代代用下去？

这个问题听上去像是遥远未来的烦恼，却直接关系到今天各国和企业的规划，因为月球基地选址、资源开采和投资回报，都绕不开水这个关键变量。

美国哈佛-史密森天体物理中心的天体物理学家马丁·埃尔维斯（Martin Elvis）和乔纳森·麦克道尔（Jonathan C. McDowell）给出了一个颇为扫兴的答案。

他们9月13日发表在《前沿：空间技术》期刊上的论文，标题就直截了当：《月球上建不成城市：十亿吨水不足以支撑可持续发展》。

一道简单却残酷的算术题

两位研究者做了一个初步的可行性估算，分别考察了10万人和100万人规模的月球城市，需要多少水和电。

他们先给了一个相当慷慨的起点：假设月球上可用的水有10亿吨。

结果显示，如果不做任何循环利用，一座城市几年之内就会把这些水用光。

如果达到国际空间站的水平，也就是回收98%的用水，情况会好很多。在这种条件下，一座百万人口的城市可以让这10亿吨水维持一百多年。

国际空间站的水循环系统，代表着人类目前在太空中回收用水的顶尖水平，连航天员的汗水和尿液都会被处理成饮用水。

问题在于那剩下的2%。每用一次水，大部分都能被回收，但那一小部分损耗会像滴水穿石一样，日积月累，最终掏空整个水库。

更严峻的是，目前对月球水储量的估计，大约只有这个“慷慨起点”的三十分之一。

储量缩小三十倍，用水寿命也同样缩短三十倍。这意味着即便是一座小城市，也可能在十年左右耗尽水源。

不过，如果人口规模缩小到1000人的村庄或1万人的小镇，同样的水量就可以维持几个世纪甚至更久。

这让“规模”成了月球定居梦想的核心问题。建个科考站或小镇问题不大，建一座真正的城市却要面对完全不同的量级。

永恒黑暗与永恒光明

月球表面假想太空基地的三维示意图。图片来源：Frontiers

月球两极之所以成为定居热门，是因为那里把水和能源难得地凑到了一起。

在一些陨石坑深处，冰层被永久遮挡在阳光之外；而坑沿之上，却几乎终年沐浴在阳光里。定居点可以一边开采下方的冰，一边在上方收集太阳能。

这种格局要归功于月球早期经历的小行星轰击。月球形成后不久，大量撞击在表面留下了密密麻麻的陨石坑，其中一些小行星还带来了水。

在两极附近，有几十个坑底已经约40亿年没有被阳光直射过。

许多这样的“永恒黑暗之坑”温度常年低于110开尔文，也就是约零下163摄氏度，成为天然的“冷阱”。

在如此低温下，即使暴露在月面真空中，冰层十亿年里因升华损失的厚度也不超过约一毫米。

自2013年以来，一系列绕月探测任务已经证实极区存在水，并越来越精细地绘制出它们可能的分布。正是这些发现，点燃了在附近建立定居点的热潮。

与水相比，能源问题反而更好解决。坑沿上的所谓“永恒光明之峰”几乎可以持续获得光照，虽然这个名字略有夸张。

在这些明亮的坑沿上竖起一公里高、覆盖太阳能板的塔，可以产生三吉瓦的电力。月球上硅资源丰富，未来甚至有望就地制造太阳能板。

研究者还提到，这些电力可能支撑附近的人工智能数据中心，为定居点创造一项经济活动。

出路在哪里

要让月球城市不至于“渴死”，有几条路可走。

第一条是把回收过程中的损耗再降低五倍甚至更多，或者通过垂直农业等方式减少用水需求。第二条是从外部进口水，最可能的来源是那些容易抵达的小行星。

最有希望的，也许是找到更多的水。现有的探测只能深入月表以下几米，而覆盖月面的碎石状风化层通常有几十米厚。

在冷阱之中，更深处的风化层里可能藏着目前仪器无法触及的水。

这项研究的意义，在于给炙手可热的月球开发热潮浇了一盆必要的冷水。它提醒各国航天机构和商业公司，水不是取之不尽的资源，而是需要精打细算的战略储备。

在中国、美国等国家纷纷规划月球科研站和载人登月的今天，这样的算账尤其及时。美国“阿耳忒弥斯”计划和中国主导的国际月球科研站，都把目光投向了月球南极地区，水冰正是重要原因之一。

一旦多个国家和企业在同一片极区开采冰资源，水的稀缺性还可能演变为新的规则与治理难题。谁有权开采、开采多少、如何避免“先到先得”的无序竞争，都将成为国际社会需要面对的问题。

从这个意义上说，这篇论文不仅是一道工程算术题，也是一份关于月球资源可持续利用的早期预警。

也许，月球的第一座城市并不取决于火箭有多大，而取决于人类能把每一滴水用得多么精细。