新的研究表明，月球阴影区大约有34亿年的历史，可能有年轻的水冰沉积物。这些信息对未来的月球探测和资源规划至关重要。

包括西南研究所的罗卢卡·鲁夫博士在内的一个研究小组最近确定，月球的大部分持续阴影区(PSRs)最多有大约34亿年的历史，可能包含相对年轻的水冰沉积物。

水资源被认为是可持续探索月球及其他地方的关键，但这些发现表明，之前对寒冷地区存在冰的估计可能被夸大了。

月球阴影和冰

目前月球自转轴的倾斜与它的轨道倾角(与地球轨道平面的角度)以及太阳的低角度相结合，在月球的两极形成了永久的阴影。psr是太阳系中最冷的一些地方，允许它们捕获挥发性化学物质，包括水冰，这些化学物质会在月球上大多数其他地方的严酷、无空气的阳光下立即从固体直接转化为气体。

科学家们使用AstroGeo22和LOLA高度测量来计算月球两极附近永久阴影区域的年龄。彩色斑块显示了33亿年前(红色)、21亿年前(绿色)和接近当今地形(蓝色)的PSRs范围。这些发现表明，目前对冷困冰的估计过高。来源:Sch?rghofer/Rufu (2023)

“我们认为地月系统是在早期地球和另一颗原行星之间的巨大撞击之后形成的，”Rufu说，他是萨根研究员，也是《科学进展》论文的第二作者。“月球是由撞击产生的碎片盘形成的，随着时间的推移逐渐远离地球。大约41亿年前，当月球的倾角达到很高的角度时，它经历了一次主要的自转轴重新定向，然后才减弱到我们今天看到的形状。随着地轴倾角的减小，psr出现在两极，并随着时间的推移而增加。”

工具和历史分析

该团队使用了AstroGeo22，一个新的地月演化模拟工具，来计算月球随时间的轴向倾斜。结合月球轨道高度计激光数据(LOLA)测量的地表高度，研究小组估计了阴影区域随时间的演变。

“半个世纪以来，月地距离的时间演变一直是一个未解决的问题，”茹夫说。“然而，这些地月系统历史的新地质代用物使我们能够计算出月球的轴向倾斜和psr随时间的范围。”

在月球的两极，由于太阳的角度很低，阳光永远照射不到一些深陨石坑的底部。这些psr是太阳系中最冷的一些地方，捕获了包括水冰在内的挥发性化学物质。新的研究表明，这些地区并不像最初想象的那么古老，所以目前对月球上存在水冰的估计可能过高。图片来源:NASA的科学可视化工作室

2009年，美国宇航局在月球南极附近坠毁了两吨重的阿特拉斯-半人马座火箭，这是月球陨石坑观测和传感卫星(LCROSS)的一部分。它撞击了卡比乌斯陨石坑的底部，形成了一团碎片，用来检测月球风化层中是否存在水和其他化学物质。一颗跟随半人马座四分钟的引导卫星和几颗地球轨道卫星，包括哈勃太空望远镜，监测了这次撞击。

最近的发现和未来的探索

“我们的研究表明，Cabeus陨石坑在不到10亿年前成为PSR。在LCROSS产生的羽流中检测到的各种挥发物表明，冰捕获持续到相对较近的时期，”行星科学研究所这篇论文的主要作者Norbert Sch?rghofer说。“撞击和气体排放是潜在的水源，但在月球历史的早期达到顶峰，当时现在的psr还不存在。psr的年龄在很大程度上决定了可能被困在月球极地地区的水冰的数量。关于psr中丰富的水冰的信息对于计划即将到来的载人和无人登月寻找水尤为重要。”

这一关键资源可用于制造空气和火箭燃料，并维持人类居住。美国国家航空航天局和其他机构计划派遣漫游者和人类来表征psr内的水冰。

参考资料:“月球永久阴影区域的过去范围”，作者:Norbert Sch?rghofer和Raluca Rufu, 2023年9月13日，《科学进展》。DOI: 10.1126 / sciadv.adh4302