月球上的水

月球基地艺术画

　　曾经的探测

　　美国“克莱门汀”号的雷达探测

　　1994年1月25日，美国发射“克莱门汀”号月球探测器，该探测器上搭载了一台双基地雷达(也叫“双站雷达”或“收发分置雷达”)。这台雷达的探测原理是从航天器向月球表面发射电磁波信号，在地球上接收反射回来的电磁波，根据回波信号来推断月球表面的一些性质。

　　如果月球表面的探测目标中含有冰冻挥发物(如水冰)，回波信号会展现出与无水月壤不同的极化方式和能量特征。1994年4月，当“克莱门汀”号绕月第234圈，运行到月球南极上空200千米高度，并与月球、地面接收站在一条直线上时，雷达回波出现特殊散射效应，即雷达回波不呈现无水月壤所应具有的特征，而呈现出挥发性冰的特征(可能混合有土壤和沙砾)。由此来看，月球两极水的存在“似乎”第一次有了直接证据。

　　根据斯图尔特•诺泽特等1996年发表在《科学》杂志的研究结果，产生异常回波的区域正好位于月球永久阴影区，而太阳照射到的月表区域的回波则没有发生异常。月球北极地区没有大的盆地，永久阴影区面积约为530平方千米，而南极地区存在直径大于2500千米、深度达12千米的爱肯盆地，永久阴影区面积约为6361平方千米。因此，南极地区的水冰可能比北极地区更多。

　　但也有科学家认为，根据“克莱门汀”号上的雷达探测结果既不能肯定水冰的存在，也无法确定水冰的准确储量。因为该雷达在极地观测时采用82°～90°的大入射角，这本身就可能导致异常回波。而且，那些非水冰的低损耗物质、粗糙月表等因素，同样也会引起回波异常。

　　事实上，早在1992年，美国康纳尔大学的博士生斯泰西利用全球最大的306米口径射电望远镜改造的雷达，以125米的空间分辨率对月球极地进行地基观测，试图搜寻月球极地永久阴影区的水冰。雷达波长和入射角与“克莱门汀”号上的雷达相似，但两者的观测结果却存在部分不一致。地基雷达观测没有发现任何一块面积大于1平方千米的区域存在回波异常，这至少表明月球极区不存在大面积分布的水冰。虽然地基雷达也发现月球上有些小区域存在回波异常，但这些区域中居然有些是位于太阳照射区，而非永久阴影区。甚至在月球北纬47°(中纬度)的虹湾地区也发现了回波异常。这显然是非常令人困惑的结果。

　　总之，认为“克莱门汀”号雷达回波异常是月球水冰引起的观点一直受到广泛争议。但无论如何，月球极区有无水冰的问题再次引起了学术界、媒体和公众的广泛关注。