月球两极下潜伏着水的新证据 _月球

Vikram着陆器在月球表面部署了ChaSTE探测器。印度空间研究组织
据《大众科学》（汤姆·霍金）：我们倾向于认为月球是一块寒冷、尘土飞扬的岩石，但事实上，在月球日，它的表面可能会变得非常热。有多热？事实证明，答案在很短的距离内可能会有很大的差异。
当Chandrayaan-3任务于2023年8月降落在月球上时，它做的第一件事就是测量表面温度。3月6日发表在《通信地球与环境》杂志上的一项研究详细介绍了这一结果，这一结果既出乎意料又有趣。它们还对月球上最大的问题提出了诱人的暗示：月球上有多少水？
在钱德拉的表面热物理实验（ChaSTE）期间，该航天器进行了自半个多世纪前阿波罗任务以来的首次此类测量。当阿波罗号在月球赤道附近着陆时，钱德拉扬号在北纬69度着陆，深入月球以前未探索的极地地区。
科学家们预计，月球这一部分的表面温度将在330开尔文（约57摄氏度或134华氏度）左右。着陆点要热得多：灼热的355摄氏度（82摄氏度或略低于180华氏度），比预测的至少高20摄氏度。然而，在不到一米远的地方，表面温度仅为332ºK（59°C或138°F）。这仍然很热，但远低于着陆点，更符合科学家的预期。
在三英尺多一点的距离内，这种巨大的差异可以用一个简单的事实来解释。Chandrayaan-3最终栖息在一个浅坡上，与赤道成约6°的角度。与此同时，较冷的地区基本上是平坦的。似乎很难相信，这种相对较小的斜率差异可以解释如此大的温度差异。根据K.Durga Prasad的说法，该研究的合著者、印度政府航天部行星科学司的教员，这些测量结果实际上说明了关于月球的两个重要事实。
第一，月球表面覆盖着一层薄薄的灰尘和岩石碎片，被称为“绒毛层” 。普拉萨德告诉《大众科学》，这层物质的特点是“导热率非常低，孔隙度很高” 。换句话说，它的导热性非常差。这种较差的导电性意味着热量不会在表面扩散——如果一块地很热，即使它就在相对较冷的地方，它也会保持高温。
Prasad说，一块地面是否热取决于“入射太阳通量” ，或者落在上面的阳光量。鉴于月球上缺乏树木或其他遮荫源，这里的关键因素是地形。如果其他地形处于同一水平，那么一块远离太阳的地面会比一块朝向太阳的地面冷。同样重要的是，随着斜坡角度的增加，它对入射太阳通量的影响也会增加。
至关重要的是，最后一个效应取决于纬度。当你远离赤道时，太阳光线照射月球的角度会变得更加倾斜，斜坡角度的给定变化对斜坡接收的阳光量的影响程度也会变得更加明显。在月球两极，即使是地形的微小变化也会导致表面温度的显著差异——正如月船3号着陆点的测量所清晰地证明的那样。
但是，这一切与月球上可能存在或不存在的水量有什么关系呢？根据Prasad的说法，有两个因素导致了这些测量中的高温——地表导热性差和对赤道以外地形变化的敏感性增加。这两者都会影响月球的地下温度，而地下温度在决定月球积聚和保留水的能力方面起着重要作用。
绒毛层导热性差也意味着热量很难向下传播到月球风化层。这种热量的缺乏造成了地表温度和仅几英寸深的岩石温度之间的显著差异。给定点处绒毛层的厚度是决定表面和次表面温度之间差异的主要因素。
Prasad说：“由于表层的低导电性，热量……非常缓慢地传播到地下，[并且]地表和地下温度之间存在很大的温差。” 。“另一方面， [在]热导率高的地方，热量更快地传播到地下，导致[相对较小的]温差。”
地下温度对水很重要。这是影响水冰积累的几个因素之一，但Prasad表示，“重点不仅是水的积累，还有水向地下的迁移，并在地下停留更长的时间。”他说，这些过程在很大程度上取决于地表和地下的温度。
科学家们长期以来一直预测，月球上可能存在的任何水都最有可能在月球两极发现。然而，这项新研究使用Chandrayaan-3的数据表明，两极周围的地区也可能有更多的水。根据论文中的计算，这些地区的地形离太阳有足够大的坡度——大约14°——可能和实际的两极一样适合水。
Prasad说：“目前的研究表明， [这些地点]提供了与极地浅水区积聚水冰的类似环境。” 。
那么，可能存在多少“额外”的水呢？这很难说，当然也不像将额外深度乘以合适斜坡的表面积那么简单。
Prasad说：“水冰的积累和储存的整个过程非常复杂。”
尽管如此，月船3号任务收集的数据已经可以改进月球上不同代表性位置的水冰迁移和稳定性模型。最终，这篇论文证明了天文学家收集第一手数据的重要性。
Prasad说：“基于ChaSTE的温度剖面作为地面实况，我们可以模拟月球上不同代表性位置的水冰迁移和稳定性。” 。“[目的是]全面了解月球上水冰的分布情况。”