对月球地图的综合分析揭示了跨越不同纬度的多种水源

上图：月球的黑白图像，来自月球矿物学成像仪的数据。 下图 月球上的水地图。 不同的颜色代表不同的吸水形状，并与岩石类型相关。 深马雷色的吸水率较浅，呈方格状。 蓝色是长石的特征，吸收范围更广，吸收深度更深，对水的吸收强度向两极递增。 图像的中心部分是月球面向地球的部分。 左右两部分是月球的远侧（经度-180 至+180 度）。 图像底部为南极地区，顶部为北极地区。 垂直条纹是由于 Chandrayaan-1 号航天器在不同的轨道上以不同的几何形状观察地表造成的。 资料来源：NASA/ISRO/M3 小组/PSI/R. 克拉克

根据对月球近边和远边地图的最新分析，阳光照射下的岩石和土壤中的水和羟基有多种来源，包括流星撞击在各个纬度挖掘出的富含水的岩石。

"未来的宇航员或许可以通过利用这些富水区域，甚至在赤道附近找到水。" 行星科学研究所高级科学家、《月球矿物学绘图仪（M3）所见月球上水和羟基的全球分布》（The Global Distribution of Water and Hydroxyl on the Moon as Seen by the Moon Mineralogy Mapper (M3）一文的主要作者罗杰-克拉克（Roger Clark）说："以前，人们认为只有极地地区，特别是极地阴影较深的陨石坑，才有可能发现大量的水，"该文发表在行星科学杂志上。

"了解水的位置不仅有助于了解月球地质历史，还有助于了解宇航员未来可能找到水的地方"。

克拉克和他的研究小组，包括PSI科学家尼尔-皮尔森（Neil C. Pearson）、托马斯-麦考德（Thomas B. McCord）、德博拉-多明戈（Deborah L. Domingue）、阿曼达-亨德里克斯（Amanda R. Hendrix）和乔治亚娜-克拉默（Georgiana Kramer），研究了"月球矿物学绘图仪"（M3）成像光谱仪的数据。

在月球的日照部分寻找水的位置使用了红外光谱技术，在红外反射太阳光的光谱中寻找水和羟基（一种含有一个氢原子和一个氧原子的功能化学基团）的指纹。 数码相机记录了光谱可见部分的三种颜色，而 M3 仪器记录了从可见光谱到红外线的 85 种颜色。

就像我们看到不同材料的不同颜色一样，红外光谱仪可以看到多种（红外）颜色，从而更好地确定成分，包括水（H2O）和羟基（OH）。 水可能是通过加热岩石和土壤直接获得的。  水也可能是通过化学反应形成的，化学反应释放出羟基，并将四个羟基结合在一起，生成氧和水（4(OH) ->2H2O + O2 ）。

通过对位置和地质背景的研究，克拉克和他的团队能够证明月球表面的水是可代谢的，这意味着H2O在数百万年的时间里被缓慢地破坏，但羟基（OH）仍然存在。 将地表下富含水的岩石暴露在太阳风中的陨石坑事件会随着时间的推移而降解，破坏 H2O 并产生羟基（OH）的弥漫光环，但这种破坏是缓慢的，需要数千年到数百万年的时间。

在月球表面的其他地方，也出现了羟基光环，这可能是太阳风质子撞击月球表面，破坏硅酸盐矿物，质子与硅酸盐中的氧结合产生羟基，这一过程被称为空间风化。

克拉克说："综合所有证据，我们看到月球表面地质复杂，地表下有大量水，表面有一层羟基。"

月球主要由两种岩石组成：一种是玄武岩（夏威夷的熔岩），颜色较深，另一种是正长岩，颜色较浅（月球高地）。 正长岩含有大量水分，玄武岩则很少。 这两种岩石还含有与不同矿物结合的羟基，如下图所示。

月球上的羟基分布图。 颜色与吸收带位置相关，蓝色在较短波长处，红色在较长波长处（红外线从 2.72 微米到 2.83 微米）。 相比之下，可见光谱的范围从 0.4 微米（蓝色）到约 0.7 微米（红色）。 波长较短的羟基位置与粘土矿物相关，波长较长的羟基位置与硫酸盐矿物相关，尽管这些位置并不是唯一的。 要确定含羟基矿物，需要比 M3 仪器提供的光谱分辨率更高的数据。 资料来源：NASA/ISRO/M3 小组/PSI/R. 克拉克

这项研究揭示了以前已知的奥秘。 当太阳在一天的不同时间照射月球表面时，水和羟基的吸收强度会发生变化。 由此推算，大量的水和羟基必须以每天为周期在月球周围移动。 然而，这项新研究表明，非常稳定的矿物对水和羟基的吸收也表现出同样的日效应，但对于像辉石这种月球土壤中常见的火成硅酸盐矿物，它们在月球温度下不会蒸发。

造成这种影响的原因是由于一层薄薄的富集成分和/或土壤颗粒大小与土壤深处不同。 当太阳在月球低空时，与太阳在高空时相比，光线会透过更多的表层，从而加强红外线吸收。 可能仍然有水在流动，但要量化水的数量，新的研究还需要量化分层效应。 在阿波罗时代的探测器拍摄的图像中，月球车的轨迹颜色较深，这也说明月球表层较薄，而且与众不同。

与表层薄有关的是月球上被称为"月球漩涡"的神秘特征的表现形式。 磁场被认为在漩涡的形成过程中起到了转移太阳风的作用，这也会减少羟基的产生。 此前由 PSI 高级科学家 Georgiana Kramer 领导、R. Clark 合著的一项研究表明，月球漩涡缺乏羟基。 新的研究证实了这一点，但也显示出更多的复杂性。

这项利用全球羟基地图进行的新研究还显示了一些从未见过的区域，它们与已知的漩涡相似，但在可见光下看不到漫射图案，因此只能在羟基吸收中看到。 这些新特征可能是旧的侵蚀漩涡，还包括新的类型，包括弧形和线形特征。 通过以这种新方式绘制月球地图，月球表面显示出它比我们想象的要复杂得多。

编译自/scitechdaily