新地图分析发现，月球上水和羟基的来源广泛

Josiah02

对月球近侧和远侧地图的最新分析表明，阳光照射下的岩石和土壤中存在多种水和羟基来源，包括各个纬度地区陨石撞击挖出的富水岩石。
“未来的宇航员也许能够利用这些富含水的地区，甚至在赤道附近找到水。以前，人们认为只有极地地区，特别是极地深处阴影下的陨石坑，才能找到丰富的水，”行星科学研究所高级科学家罗杰·克拉克说。“知道水在哪里不仅有助于了解月球地质历史，而且还可以知道宇航员将来在哪里可以找到水。”
克拉克是《行星科学杂志》上发表的论文《从月球矿物学测绘仪（M3）观测到的月球上水和羟基的全球分布》的主要作者。
克拉克和他的研究团队（其中包括 PSI 的科学家 Neil C. Pearson、Thomas B. McCord、Deborah L. Domingue、Amanda R. Hendrix 和 Georgiana Kramer）研究了月船一号 (Chandrayaan-1) 航天器上的月球矿物学测绘仪 (M3) 成像光谱仪的数据。该航天器于 2008 年至 2009 年间绕月飞行，绘制了月球近侧和远侧的水和羟基图，比以往更加详细。
要想在月球阳光照射的部分找到水，需要使用红外光谱法，在红外线反射的阳光光谱中寻找水和羟基（一种具有一个氢原子和一个氧原子的功能性化学基团）的痕迹。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。
就像我们能从不同的材料中看到不同的颜色一样，红外光谱仪可以看到许多（红外）颜色，从而更好地确定成分，包括水（H 2 O）和羟基（OH）。水可以通过加热岩石和土壤直接获取。水也可能通过化学反应形成，释放羟基并结合四个羟基以产生氧气和水（4(OH) -> 2H 2 O + O 2）。
通过研究位置和地质背景，克拉克和他的团队能够证明月球表面的水是亚稳态的，这意味着 H 2 O 会在数百万年内慢慢被破坏，但羟基 OH 会残留下来。陨石坑事件会使地下富含水的岩石暴露在太阳风中，随着时间的推移，水会逐渐分解，破坏 H 2 O 并形成弥散的羟基 OH 光环，但破坏过程很缓慢，需要数千到数百万年的时间。
月球表面的其他地方出现了一层羟基光泽，可能是由太阳风质子撞击月球表面而产生的，太阳风破坏了硅酸盐矿物，质子与硅酸盐中的氧结合形成羟基，这一过程称为太空风化。
“综合所有证据，我们发现月球表面的地质结构复杂，地下含有大量水，表面有一层羟基。陨石坑和火山活动都可以将富含水的物质带到月球表面，这两种情况都可以在月球数据中观察到，”克拉克说。
月球主要由两种岩石组成：玄武岩（类似夏威夷的熔岩）和颜色较浅的斜长岩（月球高地）。斜长岩含有大量水分，玄武岩则含水量极少。这两种岩石还含有与不同矿物结合的羟基。
这项研究为此前已知的谜团提供了新的线索。当太阳在一天中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。这导致计算出大量的水和羟基必须在一天的周期内围绕月球移动。
然而，这项新研究表明，非常稳定的矿物质对水和羟基的吸收显示出相同的日常影响，但对于矿物质，如辉石（月球土壤中常见的火成硅酸盐矿物），它们不会在月球温度下蒸发。这种影响的原因在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。
当太阳在月球天空中的位置较低时，光线会穿过更多的顶层，从而增强红外吸收，而当太阳在天空中的位置较高时则不然。可能仍有水在流动，但要量化有多少，新的研究还需要量化分层效应。在阿波罗时代的月球车拍摄的图像中，月球车的轨迹更暗，这是表面层较薄且不同的另一个指标。
与薄薄的表层相关的是月球上神秘的特征，称为月球漩涡，即月球上几个区域可见光下的弥散图案。人们认为磁场通过转移太阳风在漩涡形成过程中发挥了作用，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。新研究证实了这一点，但也显示出更多的复杂性，因为漩涡的水含量也很低，但有时辉石含量较高。
这项新的研究利用全球羟基图，还展示了一些从未见过的区域，这些区域与已知的漩涡相似，但在可见光下没有弥散图案，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，包括弧形和线性特征等新类型。
通过这种新的方式绘制月球地图，我们可以看到月球表面比我们想象的更加复杂。