科學家和太空探索者一直在努力確定月球上存在冰的位置和數(shù)量。水冰將成為未來月球基地的重要資源，既可用于維持人類生存，也可分解為火箭燃料的關(guān)鍵成分——氫氣和氧氣。美國夏威夷大學馬諾阿分校的研究人員正在采用兩種創(chuàng)新方法推進月球?qū)けぷ鳌?/p>

未來可能搭載于繞月衛(wèi)星的宇宙射線雷達儀器概念圖。圖片來源：夏威夷大學馬諾阿分校

該校地球物理與行星學研究所（HIGP）助理研究員李帥（音）此前已在月球南北兩極的永久陰影區(qū)探測到水冰。現(xiàn)在，由李帥實驗室的行星科學研究生Jordan Ando領(lǐng)導的新研究，分析了韓國航空宇宙研究院月球軌道探測器搭載的專用相機“ShadowCam”拍攝的圖像。

月球極區(qū)隕石坑無法接收直射陽光，但坑壁一側(cè)反射的陽光可間接照亮另一側(cè)。專為觀測月球永久陰影區(qū)設(shè)計的ShadowCam，對月表反射的間接光極為敏感。

“冰通常比巖石更明亮，即反射更多光線。”Ando解釋說，“我們通過分析這臺高靈敏度相機拍攝的優(yōu)質(zhì)圖像，深入觀察這些永久陰影區(qū)，研究水冰是否會導致這些區(qū)域地表廣泛增亮。”

盡管陰影區(qū)的冰并未顯著提升地表亮度，但研究團隊對ShadowCam圖像的分析有助于優(yōu)化月表含冰量估算。李帥此前推測月表含有5%至30%的水冰，而ShadowCam圖像分析將范圍縮小——表明水冰占月表比例不足20%。

除地表冰研究外，HIGP與夏威夷大學馬諾阿分校物理與天文系的研究人員合作，近日在《地球物理研究快報》發(fā)表論文，提出探測月球兩極地下冰層的新方法。

“我們通過最新研究證明，利用自然存在的宇宙射線探測月球地下冰層的新技術(shù)是可行的。”論文第一作者、HIGP博士后研究員Emily S. Costello表示，“這些超高能宇宙射線撞擊月表并穿透地層，發(fā)出的雷達波會從地下冰層和巖層反射回來，據(jù)此可以推斷地下結(jié)構(gòu)。”

研究團隊采用先進計算機模擬，測試雷達波在月壤中的傳播方式及其對潛在地下冰層信息的編碼機制。

“這種月球?qū)け椒ň哂虚_創(chuàng)性且令人振奮。”論文合著者、夏威夷大學馬諾阿分校的Christian Tai Udovicic說，“由于該技術(shù)基于僅有少數(shù)專家掌握的高能物理學原理，即使研究月球?qū)け椒ǖ男行强茖W家聽聞此技術(shù)時也常感驚訝。”近日，他在美國月球與行星科學會議上展示了該成果。

目前，研究人員正致力于組裝專為接收月球此類信號設(shè)計的雷達儀器，并計劃于2026年初完成全系統(tǒng)測試。他們將尋求機會將該設(shè)備送往月球，以期首次探測到月球大規(guī)模地下冰層。

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1029/2024GL113304