阿波罗12号的宇航员在返回地球时所看到的荒凉的月球景观。来源:美国国家航空航天局

　　月船3号在月球上的着陆和随后的硫磺探测推动了月球冰的研究向前发展，帮助美国宇航局建立可持续月球站的计划。这些发展凸显了太空探索领域日益增长的合作。

　　在月球上建造空间站可能看起来像是科幻电影里的东西，但每一次新的月球任务都让这个想法更接近现实。科学家们正在寻找永久阴影区(psr)潜在的月球冰库。这些是建立任何可持续的月球基础设施的关键。

　　2023年8月下旬，印度的月船3号着陆器在月球南极地区着陆，科学家们怀疑那里可能有冰。这次着陆不仅对印度，而且对整个科学界来说都是一个重要的里程碑。

　　对于像我这样的行星科学家来说，月船3号的维克拉姆着陆器和它的小型六轮探测器Pragyan上的仪器提供了一个诱人的近距离观察月球最有可能含有冰的部分的机会。早期的观测表明，冰存在于一些永久阴影区域，但对这些冰沉积物的数量、形式和分布的估计差异很大。

　　极地冰沉积

　　我在大气和空间物理实验室的团队的目标是了解月球上的水是从哪里来的。彗星或小行星撞击月球是可能的，火山活动和太阳风也是可能的。

　　这些事件都留下了独特的化学指纹，所以如果我们能看到这些指纹，我们就能追踪到水的来源。例如，如果是火山活动而不是彗星形成的冰，那么月球冰沉积物中的硫含量预计会更高。

　　和水一样，硫在月球上是一种“挥发性”元素，因为在月球表面，它不是很稳定。它很容易蒸发并消失在太空中。鉴于其喜怒无常的性质，硫预计只会在月球较冷的部分积累。

　　虽然维克拉姆着陆器没有降落在永久阴影地区，但它测量了南纬69.37°S的高纬度地区的温度，并能够识别月球表面土壤颗粒中的硫。硫的测量很有趣，因为硫可能指向月球水的来源。

　　因此，科学家们可以利用温度来寻找这些挥发物的最终归宿。月船3号的温度测量可以让科学家测试挥发性稳定性模型，并弄清楚硫磺在着陆点积聚的时间。

　　月球上一些黑暗的陨石坑，这里用蓝色表示，从来没有见过光。科学家们认为，这些永久阴影区域中的一些可能含有冰。图片来源:美国宇航局戈达德太空飞行中心

　　发现工具

　　Vikram和Pragyan是帮助科学家研究月球上的水的一系列航天器中最新的两个。美国宇航局的月球侦察轨道器于2009年发射，过去几年一直在轨道上观察月球。我是LRO的合作研究员，我用它的数据来研究月球两极水的分布、形态和丰度。

　　印度的月船1号轨道飞行器和LRO都允许我和我的同事通过测量水的化学指纹，使用紫外线和近红外观测来识别永久阴影区域的冰。我们已经确定在月球两极最冷阴影内的一些地区发现了水冰，但我们仍然不确定为什么冰没有更广泛地存在。

　　月船3号的“Pragyan”月球车行驶了328英尺(100米)，测量了月球土壤的化学成分。信贷:ISRO

　　相比之下，在水星上，永久阴影区域实际上充满了冰。几年来，科学家们已经认识到有必要深入月球表面，对月球挥发物进行更详细的测量。随着硫的探测，维克拉姆着陆器现在已经迈出了初步的试探性步骤，这是一个更大的探索计划的一部分。

　　未来的月球任务

　　美国宇航局将目光投向了月球南极。在部署宇航员调查月球表面冰的“阿尔忒弥斯III”任务之前，“商业月球有效载荷服务”计划将派遣多个着陆器和月球车去寻找冰，比如最近发射的直觉机器公司的IM-1任务。

　　虽然阿尔忒弥斯号的发射时间还不确定，但第一次载人飞行任务——阿尔忒弥斯2号——将于2024年底或2025年初发射，其环形轨道将经过月球背面并返回地球。

　　月球紧凑型红外成像系统(Lunar Compact Infrared Imaging System)是一台红外摄像机，我是该系统的首席研究员，它将测量温度并研究月球表面的成分。

　　这台被称为L-CIRiS的相机最近在交付给美国宇航局之前进行了最后的审查，完成的飞行仪器将准备在2026年底在商业着陆器上发射。

　　在L-CIRiS之前，毒蛇探测器计划于2024年底发射到月球南极地区，在那里它将携带仪器在微冷阱中寻找冰。这些微小的阴影，有些还没有一分钱大，被假设含有大量的水，比更大的psr更容易接近。

　　L-CIRiS和NASA的商业月球有效载荷服务计划的一个长期目标是为长期可持续的月球站找到一个合适的地方。宇航员可以留在这个站，可能类似于南极洲麦克默多站，但它需要在一定程度上自给自足，才能在经济上可行。将水运送到月球是非常昂贵的，因此将空间站安置在冰库附近是必须的。

　　月球定居点可能类似于南极洲的麦克默多站。图片来源:Gaelen Marsden/Wikimedia Commons, CC BY-SA

　　在阿尔忒弥斯3号任务期间，NASA宇航员将使用商业月球有效载荷服务计划和其他任务(包括月船3号)收集的信息来评估收集样本的最佳地点。月船3号和L-CIRiS对温度和成分的测量就像阿尔忒弥斯成功所需要的那样。因此，年轻和年长的空间机构之间的合作正成为人类在月球上长期、可持续存在的一个关键特征。

　　作者保罗·海恩，天体物理学和行星科学助理教授，科罗拉多大学博尔德分校。

　　改编自一篇最初发表于The Conversation的文章。