人类正一步步接近地球以外的生活，但要在月球或火星上维持生命，需要一种关键资源：水。加州大学圣地亚哥分校的一个研究小组正在帮助确定月球水源，以协助美国国家航空航天局（NASA）的阿耳特弥斯号（Artemis）任务探索月球并最终实现月球殖民。 通过分析月球岩石，研究人员发现月球上的大部分水要么是原生水，要么来自彗星撞击，从而推翻了太阳风起主要作用的观点。
沙克尔顿环形山的图片，这是月球南极附近的一个永久阴影区，显示了海拔高度（左）和阴影地形（右）。 科学家认为该陨石坑中可能储存有水冰。 图片来源：美国宇航局科学可视化工作室
当人类展望地球以外的未来--月球、火星和更远的地方--最大的挑战之一是确保生存必需品：氧气、食物和水。 科学家们知道月球上有水，但确定其确切位置至关重要。 它是隐藏在环形山中，被困在永久阴影区，还是集中在两极？ 确定这些水源是支持长期月球居住的关键--直到现在，这还属于科幻小说的范畴。
加州大学圣迭戈分校的研究人员正在努力改变这种状况，他们将帮助指导未来的太空任务，包括美国国家航空航天局（NASA）的阿特米斯计划，该计划旨在探索并最终在月球上建立人类的存在。 他们的研究发表在美国国家科学院院刊（PNAS）特刊上，题为"月球和火星上的水"，可以作为月球探索的路线图。 本期封面甚至重点介绍了美国国家航空航天局雄心勃勃的月球计划的第一步--阿耳特弥斯一号。
参与这项研究的科学家包括加州大学圣地亚哥分校化学与生物化学特聘教授马克-蒂门斯（Mark Thiemens）和布鲁塞尔自由大学研究员、斯克里普斯海洋研究所校友马克斯韦尔-蒂门斯（Maxwell Thiemens）父子团队。 他们的工作使我们更接近于了解月球的水源，这是将月球探索变为长期现实的关键一步。
月球探索的遗产
1967 年，诺贝尔奖获得者哈罗德-乌雷和詹姆斯-阿诺德--两人都是加州大学圣地亚哥分校化学系的教师--成为第一批收到阿波罗 11 号月球样本的人。 乌雷是最早提出月球上有水的理论的科学家之一，尤其是在月球两极的永久阴影区。
如今，科学家们认为月球上的水有三种来源：
月球本地、由太阳风产生（来自太阳的氢气与月球上的氧气发生高能量反应，很可能在火星上产生水）、沉积（来自撞击到月球表面的冰彗星）。
在地球上，人类文明往往在水体附近兴起，在太空中也不例外。 在月球上，了解水源的来源非常重要，因为这将为宇航员在哪里建立基地和栖息地提供指导。
最广为接受的理论认为，大约45亿年前，地球与另一颗行星发生了碰撞。 撞击产生的碎片在环绕地球的轨道上聚集，形成了月球。
美国国家航空航天局（NASA）的阿波罗太空任务于1961年至1972年进行，最终于1969年实现了首次登月。 阿波罗宇航员总共带回了 842 磅月岩，其中一些被送到了哈罗德-尤里在加州大学圣地亚哥分校的实验室。
美国国家航空航天局（NASA）的阿尔忒弥斯计划（Artemis campaign）的目标是探索月球进行科学发现，并学习如何在另一个世界生活，为人类火星任务做准备。 阿耳特弥斯一号是一次无人绕月试验飞行，而阿耳特弥斯四号将首次亮相人类的首个月球空间站。
月球上的永久阴影区从未见过阳光。 由于月球的轴线几乎垂直于太阳的方向，月球两极的一些区域在20多亿年里一直处于黑暗之中。
从月球岩石中提取水
为了了解月球上水的起源，摩根-纳恩-马丁内斯（Morgan Nunn Martinez，当时是加州大学圣地亚哥分校的研究生）从1969年阿波罗9号任务采集的月球岩石中提取了极少量的水。 从岩石中提取水听起来似乎不可思议，但通过"热释放"是可以做到的。"热释放"过程是将月球样本加热到 50、150 和 1000 摄氏度。 事实证明，这些岩石出奇地"湿润"。
最低温度释放出的是轻度结合的水分子--这些分子通过微弱的吸引力附着在其他分子（这里指月球岩石）上。 在 1000 摄氏度时，结合紧密的水分子被释放出来，这些水分子更深地嵌入岩石中。
通过这一过程，气体水分子被收集起来，然后经过净化，只剩下氧气。 研究小组随后测量了三种不同氧同位素的组成。
同位素是具有不同中子数的同种元素原子，中子数的变化会改变其质量--中子数越多，原子就越重。 这些测量结果对于确定物质的来源和年代特别有用。
把它想象成太空法医。 人类有独特的指纹，彗星和太阳等天体也有独特的特征。 科学家们可以通过氧同位素测量来确定水的来源。
月球水的起源： 数据揭示了什么
他们的数据显示，大部分月球水可能来自月球本身或彗星撞击。 与人们普遍认为的相反，太阳风对月球储水的贡献并不大。
麦克斯韦尔-蒂门斯说："这项研究的好处在于，我们使用了最先进的科学测量方法，它支持了关于月球水的常识性观点--其中大部分水从一开始就存在，更多的水是由这些冰彗星撞击增加的。"更复杂的太阳风源水方法似乎并不那么富有成效。"
月球与火星 未来一瞥
虽然这不是论文的主要内容，但研究人员还测量了来自火星的样本。 如果美国国家航空航天局的阿耳特弥斯计划能够成功实现人类在月球上的殖民，那么这将预示着人类在火星上居住的最终使命。
马克-蒂门斯（Mark Thiemens）说："这种工作以前从未做过，我们认为它可以为美国宇航局提供一些关于月球上水的位置的有价值的线索。"阿耳特弥斯号的真正目标是前往火星。 我们的研究表明，火星上的水可能至少和月球上的一样多，甚至更多。"
当然，找到水只是第一步。 要从月球岩石和土壤中提取足以维持生命的水，还需要进一步的技术进步和探索。
编译自/ScitechDaily