0

0
0

文字

分享

0
0
0

是誰藏在月球的土壤裡?NASA 表示:水啦!

PanSci
・2020/10/28 ・2664字 ・閱讀時間約 5 分鐘

NASA 第一次透過「同溫層紅外線天文台」(Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy,以下請容我們都稱她為 SOFIA)在月球的暗面上發現水啦!

NASA 首次透過 SOFIA 在月球上找到水。圖/NASA

根據這項發表在《自然天文學》(Nature Astronomy) 的觀測結果,我們可以推斷月亮上的水應該分布在表面各處,而不僅限於陰影遮蔽的地方。

是水!一點點點點的水!

過去我們也曾在月球表面發現了某種形式的氫,但很難區分出水 (H₂O) 與羥基 (OH)。而這一次呢,SOFIA 在不是月球暗面的克拉維斯環形山 (Clavius) 也檢測到了水分子啦!

克拉維斯環形山雖然名字是個「山」,但其實是一個非常大的撞擊坑,也是月球上最古老的地貌結構之一。而根據來自該處的數據,研究者在土中發現了水,濃度約為百萬分之 100 至 412,換算一下為每立方公尺 350 毫升左右。

SOFIA 在克拉維斯環形山 (Clavius) 檢測到了水分子。圖/Nature Astronomy

350 毫升聽起來有點兒多?嗯⋯⋯但撒哈拉沙漠的水量大概是它的 100 倍,不過,雖然水量極為稀少,這次的發現仍然十分重要,因為它翻轉了我們對於月球表面的理解,也指出了一些新的問題,有待我們去探索,像是:到底為何月球上會有水?這些水又是如何在沒有空氣的月球表面保存下來的?

所以說,為什麼月球上竟然會有水?

照理來說,月球上沒有跟地球一樣的大氣層,所以表面若是被太陽照射到,水分都應該散失了,不過,我們現在卻能夠偵測到水,這表示「一定存在著某種水源,也有一些物質將水困於其中。」來自 NASA 戈達德太空飛行中心 (Goddard Space Flight Center) 的博士後研究員凱西·洪尼鮑爾 (Casey Honniball) 表示。

嗯⋯⋯這些水到底是由誰「創造」或帶來的呢?其實啊,有好幾種可能的來源,比如說:落在月球表面的微隕石上頭可能攜帶著少量水分,在撞擊後便讓水沉積在月球表面;又或者可能是太陽風將氫吹到月球表面,而後氫與土壤中的含氧礦物質發生化學反應,進而產生羥基,然後再透過微隕石撞擊時產生的輻射,將羥基轉化為水。

另一方面,這些水到底是如何儲存與累積的,也是值得探討的問題。微隕石撞擊時會產生高溫,可能會將水分子變成小小的珠狀結構,並將其困在土壤當中。又或者,水可能是本來就藏在月球土壤顆粒之中,也因此逃過了陽光的魔掌,得以保存下來。

這是第一次發現月球上有水嗎?

這不是我們第一次在月球上「發現水」,雖然阿波羅 (Apollo) 太空人於 1969 年首次從月球返回時,認為月球是完全乾燥的。不過,早在 2008 年的一次軌道任務中,科學家便在月球暗面的隕石坑中發現了水的痕跡,並於 2009 年發表了相關結果

同年, 為了得到更多月球有水的證據,NASA 撞擊了月球南極的火山口,這次他們發現了與水有關的光譜特徵,但這畢竟是間接而非直接證實月球上有水,無法明確地區分其存在的形式—— H₂O 或 OH。

而這兩個研究方向,都在近期有了新的進展。

科羅拉多大學博爾德分校的行星科學家保羅·海恩 (Paul Hayne) 和他的同事們於《自然天文學》發表研究,透過理論模型和 NASA 月球偵測軌道的數據,計算得出月球的極地地區擁有約 40,000 平方公里的永久陰影區域可能含有水,這些區域大約 60% 位於月球的南半球。這些區域的水可能來自隕石、彗星和其他曾經撞擊到月球表面的物體。雖然大多數的水會蒸發,但是有些水會跟著穿過稀疏的大氣層,到達陰暗的角落,然後才像霜一樣沉積在冰冷的岩石和土壤上。

另一個便是這次 NASA 利用 SOFIA 直接找到了水分子波長的紅外光!主要作者凱西·洪尼鮑爾說:「在 SOFIA 觀測之前,我們知道存在某種水合作用。」但卻無法知道實際上有多少水,以及它的形式為何。

SOFIA 提供了一種看月球的新方法,它是一台安裝在經過改裝的波音 747 飛機上的紅外儀器,該飛機可以在約 14,000 米的距離上航行,其直徑 106 英寸的望遠鏡可以更清晰的觀察宇宙中的紅外線。使用 SOIFA 能夠偵測到紅外線的暗天體照相機 (Faint Object Infrared Camera, FORCAST),SOFIA 可以偵測到水分子特有的特定波長(6.1微米),並在月球正面的克拉維斯環形山發現了相對來說頗高的濃度。

SOFIA 利用紅外線偵測的方式,在克拉維斯環形山發現了相對來說頗高濃度的水。圖/Nature Astronomy

為什麼會用 SOFIA 來找水呢?

其實,SOFIA 本來是拿來觀察遙遠、看不太清楚的物體,像是黑洞啦、星團啦或是星系等等。所以這一次拿來看月球,基本上不屬於她的日常業務範圍。

參與這項計畫的 NASA 艾瑪斯研究中心 (Ames Research Center) 科學家納西姆·朗格瓦拉 (Naseem Rangwala) 表示:「事實上,這是 SOFIA 第一次觀察月球,我們原先甚至沒法確定能否取得可靠數據。」不過,月球上是否有水的問題實在太重要了,讓研究員做出全新的嘗試,而既然這次的測試可行,未來,「我們正計劃更多的飛行以進行更多的觀測。」

SOFIA 的後續飛行任務,將會在其他陽光照射的地方與不同月相中「找水」,以了解月球上的水究竟如何生產、儲存與運輸。而這些蒐集來的數據,將會加入未來的月球任務中,例如 NASA 的 Volatiles Investigating Polar Exploration Rover(簡稱 VIPER),為的是創建首張月球水資源圖,用於人類未來的太空探索任務。

編按:Volatiles Investigating Polar Exploration Rover(簡稱 VIPER)是一種移動機器人,主要執行的任務是在月球的南極漫遊、尋找水冰。不僅如此,VIPER 可以提供水的位置與實際可用的水量等資訊。

「不論是科學上的目的還是對我們的太空人而言,水都是十分寶貴的資源,」NASA 人類探索與運營任務部首席探索科學家雅各·布萊切爾 (Jacob Bleacher) 指出:「如果我們可以利用月球上的資源,那我們進行月球任務時,就能少帶一點水、多帶一點設備,來幫助新的科學發現。」

延伸閱讀

TAAi 2020 25th 人工智慧研討會

斗內泛科學,支持好科學!

網站更新隱私權聲明
本網站使用 cookie 及其他相關技術分析以確保使用者獲得最佳體驗,通過我們的網站,您確認並同意本網站的隱私權政策更新,了解最新隱私權政策