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月球两极解密:有冰吗?能建基地吗?

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近日,嫦娥四号正式着陆月球背面,软着陆至月球背面南极-艾肯盆地的冯·卡门撞击坑内。月球背面那么大,嫦娥四号为何“安家”在月球南极?关于月球两极,人类了解有多深?

北京大学地球与空间科学学院郭弟均博士告诉科技日报记者,月球两极可能含有水冰,这是了解月球两极最重要的意义。而嫦娥四号的软着陆区位于月球最古老的南极-艾肯盆地内,是认识月球早期演化的重要线索。同时,月球南极区域大致位于月球三大地体的交界处,是认识月球构造格架的关键。

“相比月球其它区域,人类对月球两极的认识还非常缺乏,尤其是光学特征方面,此外也没有样品资料。”郭弟均介绍,相比地球两极,月球两极永久阴影区温度更低,没有冰川和海洋,没有生命,没有磁场,除了可能存在水冰之外,表面主要是硅酸盐矿物。

地球两极冰雪覆盖,月球两极有冰吗?

郭弟均表示,科学界目前为止发现了月球两极存在水冰的一些证据,并形成初步认识。

月球两极存在水冰的假设,最早是1961年由加州理工大学教授Watson等人提出,后来在阿波罗探月采集的月球样品中检测出水存在的信号,但普遍认为是由地球大气中水汽污染导致。2009年美国发射LCROSS高速撞击月球永久阴影区,探测撞击形成的溅射物是否有水冰存在,仅观测到可能有羟基存在的证据。其它探测到水存在的直接和间接证据则一直存在较大争议,譬如雷达和中子谱仪数据。

“月球两级的永久阴影区为水冰的稳定存在提供了必要条件。”郭弟均说,由于月球自转轴几乎垂直于太阳光照射方向,月球两极紧密分布的撞击坑使得高程起伏大,因此,月球两极存在永远无法接受太阳光直接照射的区域,被称作永久阴影区,最新数据显示,其面积在南北两极分别达到约16055km2和12866km2,这里温度极低,最低温度可以达到-250摄氏度。

不过,水冰存在的形式和含量目前还有较大争议,不同遥感数据、同一数据的解释之间还存在着矛盾,尚未达成共识。

“如果月球存在水,或更广义上的水,即羟基,其来源可能有几种:彗星水、太阳风注入的水,以及火山喷发过程中脱气作用所产生的岩浆水等。”郭弟均表示,对于月球两极水的确认还需要进一步的探测,尤其是针对永久阴影区的着陆探测。

月球两极适合建造月球基地吗?

“在月球两极建立月球基地的一个主要原因是永久阴影区可能有水,如果能够确定水的存在,两极将是建立月球基地的首选之地。”郭弟均说。

2018年1月,媒体报道NASA在月球北极附近发现熔岩洞,或成月球基地理想选址。

郭弟均表示,熔岩洞表面有数十米的月壳层,提供了防止撞击事件、宇宙射线辐射的天然保护壳,能保护基地和内部工作人员的安全。另一方面,熔岩洞的特殊结构使得内部能够维持较窄的温度波动范围,相对于月表,其温度条件更适宜建立月球基地。

然而,建立月球基地需要投入大量尖端技术,尤其是两极的极端温度环境,需要更苛刻的工程技术手段和创造性的设计。

在完成登月以前,人类了解月球两极主要依赖遥感探测和模型模拟。人类登上月球两极之后,可以实地测量月表物理、化学性质和空间环境,此外可以采集两极样品。

郭弟均认为,探索两极主要难点包括光照条件差,难以进行光学探测;两极温度低,对着陆器和巡视器要求很高;地形复杂,起伏较大以及测控要求高。(记者 唐 芳)

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