水冰

冰的形狀(5張)

美國科學家發現，月球北極附近有大量水冰。由印度繞月探測器“月船一號”攜帶的美國宇航局Mini-Sar雷達探測月球時，在40多個隕坑裏發現水冰。2010年3月1日，美國宇航局公佈了一張Mini-SAR雷達拍攝的照片。該張照片顯示月球北極有40多個充滿水冰的隕石坑，共量達到6億噸水冰。

在具有風化過程的天體上或者具有地殼運動的天體上，老的隕石坑[1]會逐漸被磨滅。比如在地球上通過風化、風吹來的塵沙的堆積、岩漿撞擊坑會被掩蓋或者磨滅。在其它天體上有可能有其它效應來磨滅隕石坑。比如木衞四的表面是冰，隨着時間的流逝冰會慢慢流動，使得這顆衞星表面的隕石坑消失。

在地球上約有150個大的依然可以辨認出來的隕石坑，通過對這些隕石坑的研究地質學家還發現了許多已經無法辨認出來的隕石坑。幾乎所有具有固體表面的行星和衞星均帶有隕石坑。在有些天體上隕石坑的密度可以被用來確定相應的表面地區的形成年代。

美國科學家發現，月球北極附近有大量水冰。據英國廣播公司報道，由印度繞月探測器“月船一號”攜帶的美國宇航局Mini-Sar雷達探測月球時，在40多個隕坑裏發現水冰。

這一探測結果是在美國德克薩斯州舉行的第41屆太陽系大行星討論會上公佈的。會議還公佈了另一次叫做LCROSS的月球探測行動的新發現，就是在月球的水中包含了象碳氫化合物這樣的物質。

Mini-Sar發現的北極附近的40多個隕坑裏的水冰寬度不等，直徑從2公里到15公里之間。儘管不能測出隕坑的深度，但科學家説，這些水冰至少應該在2米厚以上，才會讓月船一號測出。

這些被發現有水冰的隕坑大多數都是從來無法受到太陽的光照，永遠在黑暗的籠罩下。一些永遠處於黑暗的隕坑的温度最低可達零下248攝氏度，比冥王星的表面還冷，這樣才會保持水冰的冰凍狀態。

印度月船1號月球軌道器上的美國宇航局Mini-SAR雷達發現，月球北極直徑從1英里（2公里）到9英里（15公里）的40多個隕石坑裏都有水冰。

美國休斯敦月球和行星研究所的施普迪斯博士估計，月球北極附近的隕坑裏至少存有6億噸水冰。如果是這一數量的火箭燃料的話，將足夠一架航天飛機在2千2百年中每天發射一次。

這些水冰的成分大多數是純粹的水分子，可能在月球表面乾燥的風化層之下的幾十釐米處。具有保護作用的月球表層能防止那些有可能暴露在太陽光下的純水冰塊的蒸發。

2009年美國宇航局和其他機構的科學家證實，月球表面的大部分地區存在水分子，而月球的南極則存在水冰。現在美國科學家説，他們可以相當自信的肯定，人類在月球上可持續的存在是可能的。

丹尼爾·巴林傑是第一位將一個地球上的地質形態確認為隕石坑（撞擊坑）的人：他指出美國亞利桑那州的巴林傑隕石坑是一個撞擊坑。但是當時他的理論沒有獲得很多支持者，當時大多數地質學家認為地球上沒有遺留下來的隕石坑。

1920年代美國地質學家沃爾特·布克（Walter H. Bucher）研究了美國境內的一系列環形山，最後他認為這些環形山是有巨大的爆炸事件造成的，但是他認為這些爆炸事件是強烈的火山爆發造成的。但是1936年其他地質學家得出結論認為這些環形山可能是由撞擊造成的。 ^[1] 

這個問題一直到1960年代依然未完全解決，這個時期的一系列研究，尤其是尤金·蘇梅克的詳細研究提供了明確的證據證明這些環形山是由撞擊形成的，這些研究確認了一系列只有通過撞擊才會產生的衝擊變態，其中最知名的是衝擊石英。

月球北極發現擁有水冰的大量“水囊”，這為宇航員和無人探測器有可能進行的月球探索活動提供了另一個可供選擇的研究區域。美國宇航局官員表示，印度月球探測器攜帶的美國宇航局的一個雷達儀器，在月球北極的隕石坑底部發現至少6億噸水冰的證據。這是迄今為止發現的另一個月球水冰源。水冰是重要資源，人們可把它開採出來，製成氧氣或火箭燃料，供給未來的月球基地。

華盛頓美國宇航局太空操作計劃項目主管詹森·克魯山説：“雖然水冰的總儲量取決於隕石坑的深度，但對這些數據進行分析後，我們的科研組確定月球北極存在至少6億噸水冰，這項發現將為進一步探索和開發月球的未來任務提供一個新的目標。”

研究人員在月球北極一直被陰影籠罩的隕石坑裏發現了這些水冰。而月球南極也存在類似情況，人們確定那裏有水冰。由於陽光永遠照不到這些地方，因此水可以無限期地保持冰凍狀態。

美國宇航局科學家表示，該局2009年10月在月球南極投下兩個撞擊器，以便通過撞擊，使水冰雲團騰空升起，利用軌道飛船、其他飛船和地面天文台對它進行研究。隨後進行的分析發現，在激起的塵埃雲團裏存在大量水和水蒸氣。

休斯敦月球和行星研究所Mini-SAR實驗首席研究人員保羅·施普迪斯在一份聲明中説：“有關月球任務的多種測量和研究數據產生的畫面，證實月球上正在發生水誕生、轉移和堆積等現象。這一最新發現顯示，月球是一個比人們以前認為的更加有趣和更具吸引力的科研、探索目的地。”這項研究成果將在《地球物理研究快報》上進行詳細介紹。

在月球上任何地方發現水冰都是非常激動人心的發現，因為它可以為未來參與月球登陸任務的宇航員提供自然資源。冰可以融化變成飲用水，或者分裂生成氧氣和氫氣，為宇航員及火箭提供呼吸氣體和燃料。 ^[1] 

陰陽臉

這一系列土衞八的圖片顯示了冰遷移電腦模型是如何解釋這顆衞星的大部分全球外表特徵的。

美國宇航局的 “卡西尼”號土星探測器傳回的最新數據，有助於解釋土星的衞星土衞八奇怪的“陰陽臉”外觀，即一面很暗，另一面很亮。

“卡西尼”號收集到的這些圖片和數據對目前有關這顆衞星奇特外觀的最重要的一個理論提供了依據，該理論指出，遷移的冰使土衞八的一面因反射陽光而顯得特別明亮，另一側因被塵埃覆蓋，而顯得異常黑暗。

研究人員在2009年12月10日發表在《科學》雜誌上的兩篇論文中詳細介紹了這些最新發現。“卡西尼”號於1997年發射升空，自2004年以來，一直在圍繞土星運行。300多年來，這顆衞星明暗半球現象一直讓天文學家迷惑不解。意大利出生的法國天文學家喬凡尼·多美尼科·卡西尼（Giovanni Domenico Cassini）在1671年發現了土衞八，他注意到，這顆衞星正面，即正對土星軌道公轉的一側顯得偏暗。

“旅行者（Voyager）”號和“卡西尼”號傳回的圖片顯示，面對土星軌道一側的黑暗物質一直延伸到赤道附近的反面。反面明亮的物質主要是由水冰構成，亮度比黑暗材料的大10倍，這些材料穿過北極和南極一直延伸到正面。這是“卡西尼”號在2007年9月10日飛越土衞八，它隨機攜帶的“成像科學子系統”（Imaging Science Subsystem）照相機拍到的這顆衞星的照片。

德國柏林自由大學的蒂爾曼·登克（Tilmann Denk）是在《科學》雜誌發表的其中一篇論文的第一作者，他説：“（‘卡西尼’號的）‘成像科學子系統’拍到的圖片顯示，土衞八正面上的亮和暗材料都比反面的相同材料顯得更紅。”登克指出，土衞八的正面被暗紅色塵埃覆蓋，因此顯得更暗，這些塵埃可能是從圍繞土星運轉的其他衞星上吹來的。

這些塵埃或許與最近美國宇航局的斯皮策太空望遠鏡（Spitzer Space Telescope）發現的圍繞在土星周圍的巨大的環狀物有關。然而這些圖片顯示，降落的灰塵並不是導致土衞八兩側亮度截然不同的唯一原因。登克説：“土衞八上非常複雜且界線分明的明暗面，顯然不是由塵埃降落形成的，事情並沒那麼簡單。因此我們必須找出其他可導致這一現象的機制。”

近距離拍到的圖片為科學家提供了一些線索，顯示出熱隔離（thermal segregation）的跡象。這一理論認為，水冰從面對太陽的一面（更温暖的區域）移向極面更加寒冷的區域。因此前者的亮度變暗，温度升高，後者的亮度變大，温度降低。由美國科羅拉多州波德西南研究所（Southwest Research Institute in Boulder）的約翰·斯賓塞（John Spencer）和登克負責撰寫的另一篇科學論文指出，水冰遷移起到重要作用。研究人員通過把“成像科學子系統”的圖像與“卡西尼”號的合成紅外分光計（Composite Infrared Spectrometer，CIRS）獲得的熱量信息結合在一起，製成土衞八的電腦模型。

合成紅外分光計在2005年和2007年獲得的觀測資料發現，暗區的温度（129度絕對温標，零下227華氏度）足以使積存數億年的大部分冰蒸發掉。土衞八的自轉週期很長，土衞八上的一天，相當於79個地球日，因此與自轉速度更快的衞星相比，每天土衞八得到太陽照射的時間更長。斯賓塞和登克提出，不斷下降的塵埃使土衞八的正面顯得更加暗淡，較深的顏色有助於吸收更多陽光，最終導致赤道附近的冰蒸發掉。

蒸發的冰會在温度更低，更加明亮的極地，即土衞八的反面重新凝結。冰蒸發後，會在這顆衞星表面留下顏色較暗的物質，使正面和赤道附近的温度升高，變得更暗，使冰繼續蒸發。與此同時，在冰的冷凝作用下，反面和極地變得更亮、更冷。這種現象導致現在的土衞八表面明暗分明。這顆衞星相對較小的體積（直徑大約只有900英里，即1500公里）和它相對較弱的引力，都使冰很容易從一半球移到另一半球。斯賓塞説：“土衞八是全球性冷暖循環失控的受害者。” ^[2]