新的研究表明,月球一直广泛存在水
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新的研究表明,月球一直广泛存在水。研究|飞行器|月球表面|氢氧基|水分|月球---
近日,两个月球探测器采集到关于月球水的新数据。原来,月球上一直广泛存在着水。尽管开采难度比较大,对于即将建设的月球常驻科研基地来说,仍是一个好消息。
1972年12月,阿波罗17号登月舱宇航员哈里森·施密特在月球行走。难以想象,图片上干燥的月球土壤中竟会广泛存在着水。
之前,很多科学家对月球的水资源情况进行了不少研究,近日,有两个月球探测器采集到了更多、更新的关于月球水资源的数据,科学家对这些数据进行了认真分析,他们发现,月球的广大地区一直存在着水。不过,这些水和人类所普遍习惯的地球上水的存在形式有很大不同,并且,月球水资源开采的难度可能比较大。
较早的研究工作认为,月球上的水仅存在于月球极地附近的高纬度地区,月球上的一个日夜周期大约相当于29.5个地球太阳日,这种日夜周期变化会对水的存在造成影响,同时,是否位于阳光无法照射的陨石坑中,也会对水分的存在造成影响。
参与本次研究的科研设备有美国国家航空航天局(NASA)的月球勘测轨道飞行器搭载仪器、印度“月船1号”无人绕月轨道飞行器上搭载的月球矿物质绘图仪。月球勘测轨道飞行器能够对月球进行勘探观测,月球矿物质绘图仪能够通过可视及红外光谱对月进行探测。研究人员通过这两个探测器采集的月球数据建立了一个详尽的研究模型,在该模型的帮助下,得到了本次研究成果。
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NASA的月球勘测轨道飞行器是一颗机器人航天器,目前正在围绕月球轨道运行,执行详细绘图、资源定位、辐射环境研究等任务,人类通过该探测器获得了分辨率为100米、覆盖率为98.2%的月球表面3D地图。月球勘测轨道飞行器属于美国空间探索计划的一部分。
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印度“月船1号”无人绕月轨道飞行器由印度空间研究组织于2008年10月发射,包括月球轨道器和撞击器,发射质量为1380千克,携带有可见光、红外以及X射线频率高分辨率遥感设备,能够对月球绘制完整的化学特征和三维地形图。该探测器遭受过卫星敏感器故障和热屏蔽不良等问题的干扰,但仍然坚持完成了95%的计划目标任务。
该研究结果表明,月球上古老的火山沉积物中蕴藏着大量的水。该发现支持了月球地幔中水分含量惊人的观点。下面这张图片是月球探测器拍摄的:
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月球水分布图。图片中的彩色区域表示同周围地层相比水含量较高的地区,其中黄色及红色区域是含水最为丰富的地区。
“我们研究发现,表示水分存在的信号持续存在,该信号的存在与否,与观测时间、观测纬度均不存在关系。从观测结果来看,水分的存在情况与月球表面岩石的物理及化学构成情况无关,无论在何种情况下,都能发现水分的存在,”本次研究主要作者、科罗拉多州博尔德市空间科学研究所高级研究员、科学家约书亚·班菲尔德于周五在一份声明中说。
在地球上,水含有两个氢原子和一个氧原子,但是,月球上的水可能会与地球上的水有所不同。月球上的水可能会以相对更加活跃的形式存在,即一个氢原子和一个氧原子(-HO),也就是我们所称的氢氧基或羟基。羟基(-OH)又称氢氧基,是一种常见的极性基团,是由一个氢原子和一个氧原子组成的一价原子团(-OH)。羟基与水有某些相似的性质,是典型的极性基团,与水可形成氢键,在无机化合物水溶液中以带负电荷的离子形式存在(OH-1),称为氢氧根。氢氧基的活动性更强,能够很快地形成化学键,同其他分子发生交联。因此,人类如果想要使用月球的水资源,就需要将水分从其他矿物中分解出来。此外,研究人员还发现,月球上的水分处于锁定状态,不会在不同地区之间移动。
“我们下一步的工作将会研究确定,这些水分是H20,还是HO,或是两者的混合物;还要研究这些物质的来源。月球的这些水分是不是来自于月球之外的太空?是不是彗星或小行星撞击月球时带给月球的?月球的这些水分是不是来自于月球内部的地质活动?是不是在古老火山的爆发过程中形成的?有理论认为太阳通过太阳风释放氢原子,可能与月球岩石中的含氧化合物发生反应,并产生H20或HO,这种理论是否属实?”德克萨斯州圣安东尼奥市西南研究所研究人员、本次研究共同作者迈克尔·波斯顿在另一份声明中提出了上述工作计划及研究方向。
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月球表面经常受到陨石及小行星的撞击,是否会给月球带来水分?图为月球表面的陨石坑。
人类有必要对月球水或氢氧基的存在情况进行研究,还应当研究这些化学成分开采的可能性。如果我们要在月球上建立有人常驻的科研基地,月球水资源的勘探研究工作将变得极为重要。因为这些化合物可以分解为氢和氧,前者是一种重要的燃料,而后者可用于呼吸。
此外,目前的美国空间任务中主要使用的核动力源是放射性同位素热电机,这是一种利用放射性衰变获得能量的发电机,此装置利用热电偶阵列,应用西贝克效应,接收放射性物质在衰变时所放出热量再将其转成电能。将来人类将氢-硼激光驱动核聚变反应工程化、实用化之后,月球的水资源及氢元素或许能够在人类征服太空的过程中,成为重要的核聚变燃料。
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氢-硼反应能够在激光的驱动下实现核聚变(概念图)
本次研究已于2018年2月12日在线发表于《自然·地理科学》杂志,论文题目为《光谱数据研究发现月球表面广泛分布OH/H2O》。
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