月球上的陨石冷为何成为“冷井”?

2020年12月09日
最近几年是人类探月的丰收年。因为在这几年里,来自多方的研究和探索都证实了月球是一个有水的星球,这是科学家们殷切期待的结果,也是现代天文学的一项重大成果。几十年来,科学家们一直期盼在月球上找到水,“找水”成了人类探月的挥之不去的"情结”。
“冰茶理论”
“现在的月亮已不同于我们父辈时期的月亮了,它不再是死寂和和无变化的,而是一个非常活跃和有趣的世界。”美国加利福尼亚大学的天文学家格雷格·德洛瑞(GregDelory)这样说。对于德洛瑞这样的天文学家来说,月亮的确很不一样了,因为在他们的眼里,月亮已成为了一个潮湿的世界。
月球正面(左图)比背面(右图)有更多暗色月海
(供图/侯军)
然而在伽利略把望远镜指向月亮以前,月亮在人们的眼里是更加“活跃和有趣”的,人们把月亮上的暗区称为“maria", 在拉丁语中,“maria”就是海洋的意思,所以在17世纪以前的人看来,月亮是一个充满了液态水的地方。这个梦幻似的观点是被望远镜给无情毁灭的,人们在望远镜中看到了点缀在“maria”中的陨石坑,这才知道月亮上的“海洋”其实并不存在,不过我们今天依然把月亮上的大片暗区称为“月海”。
从那时开始,月亮很干燥的观点一直延续了下来。1969年,“阿波罗11号”的两名宇航员着陆在了一片“月海”中,他们看到的“月海”是一片干燥的由火山熔岩构成的平原,而科学家们在研究了“阿波罗计划”带回的月岩和月壤样本后也宣布说月球是干燥的。依照他们的形容,那些样本“像骨头一样干燥”,然而事实上,骨头比那些样本“潮湿”得多,因为活体生物的骨头是含有不少水分的,其重量大约占总重量的10%。
20世纪70年代,加利福尼亚大学的詹姆斯·阿诺德(James Arnold)建议在月极附近找水,那里是阿波罗计划没有到达的地区,且终年难见阳光。阿诺德指出,月极附近较深的陨石坑里不会有阳光照进去,这样的陨石坑能起到收集水和其他易挥发物质的作用,可称之为“冷井"(cold traps)。
美国田纳西大学的月岩专家拉里·泰勒(Larry Taylor)将“冷井”比喻为一杯夏天的冰茶,他说,“假若你仔细观察夏天的冰茶,你便能看到这杯冰茶如何收集空气中的水分,并凝结成水滴,‘冷井’就起了那样的作用。”
这种“冰茶理论”最终得到实践的机会是1994年,那年的1月25日,美国发射了“克莱门汀”(Clementine)月球探测器。
“克莱门汀”(Clementine)月球探测器 图片来源/网络
2月6日,“克莱门汀"开始绕月飞行,在这个过程中,它对月球拍照,从事勘测活动,其中一项实验是向月球南极附近的一处陨石坑发射无线电波,这些电波发射后被地球上的天线接收,科学家分析了那些电波后发现,反射波似乎来自于含水冰的物质,不过这并不能证实陨石坑里真的有水,因为粗糙的表面也能产生那样的反射波。
又过了4年,另一艘月球探测器“月球勘测者号”(lunar prospector)使用中子光谱仪探测到月球南北极的陨击坑里含有丰富的氢。科学家认为,那些氢来自于陨击上中丰富的水,他们由此估计,月球上可能有1000万~60亿吨水。为了证明月球上水的存在,科学家最后让“月球勘测者号"撞击月球南极,他们估计撞击会在月球表面释放40磅水蒸气,这样一来,光谱仪就能够测出水分的存在了,然而预想的结果并没有在撞击后出现。
进行过类似尝试的还有欧洲空间局的“智慧一号"(SMART-1),这枚探测器于2006年也企图通过撞月侦测月球上的水冰信号,结果也失败了。科学家认为,这两次失败有三种可能,要么是月球上根本就没有水;要么撞击点不理想,因而没有产生理想的结果;还有一种可能是探测器太小,撞击产生的水蒸气太少,所以不足以让仪器侦测到。
凯布斯陨石坑
来源:知识就是力量公众号
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