如何在月球表面制造水
第11天的盈凸月（Waxing gibbous，即我们看到的月亮一半以上是明亮的且明亮的面积还在增加的状态）。
Credit: Ernie Wright / NASA
NASA的科学家们发现，当被称为太阳风的带电粒子流以每秒450公里（或接近每小时160万公里）的速度照射到月球时，它们会使月球表面富含可以制造水的成分。
科学家用计算机程序模拟了太阳风急降月球表面时的化学反应。他们发现，当太阳将质子流向月球时，这些粒子与月球表面的电子相互作用，形成氢（H）原子。然后这些原子在表面迁移并锁定二氧化硅（SiO2）中大量的氧（O）原子和构成月球土壤或风化层的其他含氧分子。氢和氧一起构成羟基（OH），即水（H2O）的成分。
“我们认为水是种特殊又神奇的化合物，”NASA戈达德太空飞行中心（位于马里兰州格林贝尔特）的等离子体物理学家William M. Farrell（他帮助开发了计算机模拟）说，“但令人惊奇的是：每块岩石都有可能制造水，特别是在被太阳风辐射后。”
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模拟研究的带头人、戈达德的物理学家Orenthal James Tucker表示，了解月球上有多少水（或其化学成分）对于NASA派遣人类登月并建立长期存在的目标至关重要。
“我们正试图了解有价值资源的运输动态，比如月球表面和散逸层（或非常稀薄的大气）的氢，这样我们就可以知道去哪里得到这些资源，”Tucker说道，他最近在JGR（地球物理研究期刊，Journal of Geophysical Research）行星期刊中讲述了模拟结果。
Credits: NASA/JoAnna Wendel
下载月球上太阳风绘图的PDF（8.68 MB）
https://www.nasa.gov/sites/default/files/atoms/files/moon-solar-wind.pdf
一些航天器使用红外仪器测量月球发出的光以识别其表面的化学成分。其中包括NASA的深度撞击号（Deep Impact），它在前往哈特雷2号彗星（103P/Hartley 2）的途中与地月系统有多次近距离接触；NASA的卡西尼号（Cassini）在飞往土星的途中经过了月球；印度的月船1号（Chandrayaan-1）十年前绕月球飞行。 这些航天器都发现了的水或其成分（氢或羟基）的证据。
但这些原子和化合物是如何在月球上形成的仍然是个未解决的问题。流星撞击可能会引发必要的化学反应，但许多科学家认为太阳风是主要驱动因素。
太阳释放出恒定的粒子和磁场称为太阳风（solar wind）。太阳风在太阳系中以粒子和辐射肆虐其他天体，除非受到大气或/和磁场的阻碍，否则它们可以一直流向行星表面。以上是这些太阳粒子与一些行星和其他天体的相互作用。
下载太阳风信息图的PDF（3.92 MB）
https://www.nasa.gov/sites/default/files/atoms/files/solar_wind_infographic_final.pdf
Credits: NASA’s Goddard Space Flight Center/Mary Pat Hrybyk-Keith
Tucker的模拟跟踪了月球上氢原子的生命周期，支持太阳风理论。
“从以前的研究中，我们知道太阳风中有多少氢，我们也知道在月球非常薄的大气中有多少氢，我们测量了表面的羟基含量，”Tucker说，“我们现在所做的就是弄清楚这三种氢的库存是如何交织在一起的。”
发现氢原子在月球上的活动有助于解决为什么航天器发现月球不同区域的氢含量存在波动。研究小组得出结论，较温暖的地区积聚较少的氢，比如月球的赤道，因为沉积在那里的氢会被太阳激发，然后迅速从地表跑到散逸层。相反，更多的氢积聚在极点附近较冷的表面，因为那里太阳辐射较少。
总的来说，Tucker的模拟显示，随着太阳风不断地轰击月球的表面，它打破了硅、铁、氧原子（构成月球土壤的主要成分）之间的化学键。这使得氧原子有空缺，当氢原子流过月球的表面时，它们会暂时被困在一起（在寒冷的地区比在温暖的地方更长）。它们漂浮一段时间之后会扩散到月球的大气中，并最终进入太空。 “整个过程就像一家化工厂，”Farrell说道。
Farrell表示，关键结果是，每个暴露在外的二氧化硅体，从月亮到尘埃颗粒，都有可能产生羟基，从而成为水的化工厂。
戈达德物理学家Rosemary Margaret Killen和（位于马里兰州巴尔的摩市）约翰霍普金斯大学的行星科学家Dana M. Hurley为模拟研究做出了贡献，该研究由NASA太阳系探索研究虚拟研究所（Solar System Exploration Research Virtual Institute）资助。