一直以来，月球上有没有水及其赋存方式等问题在学术界争论不休，而与之相伴而来的，是人类一次又一次地踏上月球“寻水”的征程。
近日，来自美国的科学家们借助卫星数据,在分析月球上古代火山沉积物后得出了最新结论——月球内部含有大量的水，进而为“月球有水”再添凭证。
一片空白
人们最早对于月球有水做出猜测，可以追溯到上世纪60年代初期。
1961年，美国科学家肯尼思·沃森等人首次提出“月球存在水冰”这一设想。他们认为，月球极地一些撞击坑底部可能处于太阳照射不到的永久阴影区，这些阴影区表层和次表层温度常年维持在-223℃～-233℃。
在这样的低温条件下，原始月球脱气作用产生的水，以及彗星撞击月球携带至月表的水，就很可能会以水冰的形式长期保存下来。因此，沃森等人推测月球两极的撞击坑底部是月球上最有可能储存水冰的地方。
在这些撞击坑当中，最具代表性的当属“躺”在月球南极、以英国南极探险家欧内斯特·沙克尔顿的名字命名的沙克尔顿坑。沿着沙克尔顿坑的边缘，山峰都暴露于持续的阳光照射下，而坑的内部却是永久的阴影。
“在很长一段时间里，人们都在争论沙克尔顿坑里到底有些什么。”位于美国休斯敦的月球和行星研究所高级研究员Paul Spudis表示。
的确如此。在“月球可能储存着水冰”这一设想提出后的30多年里，其始终停留在理论阶段。尽管不少科学家试图从多方面进行探索，但无论是绕月探测器、不载人的着陆探测器以及“阿波罗”载人登月的实地考察，还是对月球样品和月球陨石的分析，都未能找到月球有水的确凿证据。
也正因如此，这段时期学界内大多数科学家都认为，月球表面不存在任何形式的水。
发现踪迹
然而，在探寻宇宙的征程中，人类从不缺乏好奇心。时间进入上世纪90年代后，月球“寻水”之路终于出现了转机。
1994年年初，美国发射名为“克莱门汀号”的月球探测器，该探测器上搭载了一台双基地雷达，其可从绕月卫星向月球表面发射电磁波信号，再根据回波信号来推断月球表面物质的相关信息。3个月之后，“克莱门汀号”不负众望地传回捷报：其雷达回波呈现出挥发性冰的特征。这也被认为是月球两极存在水冰的第一个直接证据。
然而，发现人员还没高兴多久，争议就随之产生。有科学家提出质疑，“克莱门汀号”上的雷达在极地观测时采用82°~90°的大入射角，这本身就可能导致异常回波；此外，那些非水冰的低损耗物质以及粗糙月表等，同样也会引起回波异常。因此，“克莱门汀号”带回的雷达探测结果既不能肯定水冰的存在，也无法确定水冰的准确储量。
吸取了“克莱门汀号”的教训后，1998年1月，美国又发射了“月球勘探者”探测器。“月球勘探者”计划对月球进行全面的探测，其中首要目标就是寻找月球上是否存在水的证据。
这一次，“月球勘探者”搭载的并非雷达，而是中子探测仪，其可以测量月球表面氢的含量。由于氢有可能是以水分子形式存在，所以氢信号的强弱可以间接反映水含量的多少。在1年的在轨服务探测中，探测结果显示，在月球两极地区存在丰富的氢，而且北极的氢信号比南极稍强，据此推测月球极区可能含有丰富的水冰。这一发现被认为使人类朝着实现移居月球并将月球用作火星探测发射基地的设想跃进了一大步。
虽然相对“克莱门汀号”的雷达探测，中子探测的争议相对较小，但中子探测也有其狭隘性——其反映的只是月球两极永久阴影区存在大量氢，而至于这些氢究竟以何种形式存在，又成为新的争论焦点。
浮出水面
正所谓“工欲善其事，必先利其器”。近年来，随着科学仪器的灵敏度和分析精度的显著提高，原本一些隐藏的线索也相继浮出水面。
2008年发表在《自然》杂志上的一篇研究显示，美国布朗大学的阿尔贝托·萨尔研究团队，利用二次离子质谱分析技术，对“阿波罗”样品中约40颗月球火山玻璃的氢含量进行分析，分析结果与地球地幔样品中氢和水的分析结果相似，从而证明月球内部可能与地球的地幔一样存在大量的水。
之后，美国卫斯理大学教授詹姆斯·格林伍德及其团队也在“阿波罗”月球岩石样品中发现了微量水，最高含量可能有千分之几。
除了“被动”地分析样本与数据，人类还试图通过“主动”地“撞月”来验证水的存在。
2009年10月9日，月球勘测轨道器（LRO）与月球坑观测和传感卫星（LCROSS）一同发射升空，其中后者由牧羊航天器和半人马座火箭两部分组成。在这次“撞月”计划中，约2.2吨重的半人马座火箭首先以2.5千米/秒的速度撞击月球南极的凯布斯坑，随后，牧羊航天器上的科学仪器有4分钟时间探测撞击溅射物，并把探测数据传回地面控制中心。
之后，科学家们用水和其它物质已知的近红外光谱信号，同LCROSS近红外光谱仪在撞击中获得的光谱信号进行对比，发现只有月壤与水的混合光谱，与LCROSS获得的光谱相似，进而证明凯布斯坑中确实有水存在。
2008年10月，印度“月船一号”探测器发射升空，在其携带的多套科学仪器中，包括一台微型的合成孔径雷达（Mini-SAR）。
根据2010年3月在休斯敦召开的第41届月球与行星科学会议上公布的结果，微型雷达在月球北极发现了40多个大小不等的撞击坑具有异常的回波特征。其中,约30个撞击坑只有坑内出现回波异常，坑环和外围都没有出现回波异常，推测是由于坑内含有水冰引起的，这说明月球极区的这些撞击坑内很可能存在水冰。
据初步估算，月球北极的30余个撞击坑内大约储存着6亿吨水冰。“如果将这些水冰转化为液态氢和液态氧用于火箭发射，那么相当于2200年每天发射一个航天飞机。”作为这一项目研究人员之一的Spudis表示，“这还仅仅只是我们能够看到的。我认为实际的水冰存储体量至少要比现在估计的高一个量级。那里有很多的水，我们能够利用它发展航天设施，这才是真正的意义所在。”
最新证据
通过研究月球反弹和吸收的光线，就能判断出月球表面含有哪些元素或混合物。但问题是光谱仪同时也会测量热度，因而白天月球表面的高温，让科学家无法获得必要的数据来解读月球是否含有水分。
为此，研究人员将目光聚焦于月球样本的测量数据上：这些数据结合月球特定地区的详细温度和地图数据，让研究人员得以从光谱仪数据中移除热量数据。
在英国《自然·地球科学》杂志刚刚出炉的研究报告中，来自美国布朗大学的研究人员正是利用这项技术，对印度“月船一号”月球矿物测绘仪的测量数据展开了新的分析，研究了月球上的火山碎屑沉积物，发现在这些火山沉积物里含有“异常高含量的水”。
研究结果带来的“惊喜”还远不止如此。研究人员几乎在被研究的月球区域里火山喷发造成的每一个沉淀物中，都发现了其含有水的证据。
“关键是，这些富含水分的沉淀物的分布十分广泛。”本研究的第一作者、布朗大学地质学家Ralph Milliken在文章中表示，“它们遍布月球表面，这告诉我们，在‘阿波罗’任务样本中发现水分并不是一次性事件。”
虽然月球内部水的确切来源仍旧是个谜，但无论如何，这项发现都对未来探索月球意义重大。其不仅有可能为在月球上如何获得水提出一个新的替代方案，日后对其的开发，也必将加速人类可持续开发宇宙的进程。■