月球和水星上可能存在厚冰沉积物

根据美国国家航空航天局（NASA）的月球勘测轨道器（Lunar Reconnaissance Orbiter，LRO）和信使号（MErcury Surface, Space ENvironment, GEochemistry and Ranging spacecraft，MESSENGER）水星探测器的最新数据分析，地球的卫星月球以及离太阳最近的行星水星的水冰含量可能远远超出先前预期。

在这两个星球两极附近的陨石坑中都发现了潜在的冰沉积物。来自加州大学洛杉矶分校（UCLA）的第一作者Lior Rubanenko表示，在月球上：“我们发现浅陨石坑往往位于月球南极附近此前曾被检测到表面冰层的区域，因此推断陨石坑之所以浅，最有可能由于埋藏于其下的厚冰沉积物的存在导致的。”

月球南极附近永久阴影区的浅冰状陨石坑的概念图
版权：UCLA/NASA

此前，望远镜观测和轨道航天器已经在水星上发现了类似冰川的冰沉积层，但至今为止还未在月球上发现。这项新研究提出了月球上也存在厚冰层的可能性。这项研究不仅可以帮助解决关于月球相对于水星的冰丰度明显较低的问题，同时也具有实际应用价值。来自NASA位于马里兰州格林贝尔特的戈达德航天飞行中心的LRO项目科学家诺亚•佩特罗（Noah Petro）表示：“如果得到证实，月球上这一潜在的冷冻水储备可能大到足以支持长期的月球探索。”

水星和月球的两极是太阳系中最冷的地方之一。水星和月球旋转轴的方向与地球不同，在它们的极地地区，太阳永远不会升至地平线以上。因此，极地地形洼地，如陨石坑，永远看不到太阳。几十年来，人们一直假设这些所谓的永久阴影区域寒冷到使得该区域中的任何冰都有可能持续存在数十亿年。

此前用地球雷达对水星两极的观测揭示了一种厚的纯冰沉积层的特征。后来， MESSENGER火星探测器拍摄到了这些冰沉积层的图像。来自马里兰州劳雷尔的约翰霍普金斯大学应用物理实验室的MESSENGER水星双重成像系统的仪器科学家南希•查伯特说（Nancy Chabot）表示：“我们发现水星的极地沉积物主要由水冰组成，广泛分布在水星的南北两极。水星的冰沉积物似乎比月球上的要少得多，而且相对来说比较新鲜，可能是在过去几千万年内就位或更新的。”

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之前对月球雷达和成像的研究发现，月球的极地热环境与水星非常相似，只有零星的浅层冰沉积物。这一显著的差异成为UCLA研究人员工作的动力 – 对水星和月球上的极地陨石坑进行对比分析，以探究这两个星球之间的差异。这项研究发表在7月22日的《自然地球科学》杂志上。

水星和月球无大气的表面被许多撞击坑弄得伤痕累累。这些陨石坑是在流星体或彗星撞击星球表面时形成的。研究小组分析了由较小且能量较低的撞击物形成的简单陨石坑。这些洼地是由星球表面灰尘层或风化层的强度维系在一起的，往往比大型陨石坑更圆更对称。UCLA的科学家利用这种固有的对称性来估算沉积在简单陨石坑内的冰层厚度。

该研究利用MESSENGER和LRO获得的海拔数据，测量了水星和月球上约1.5万个直径在2.5公里至15公里（约1.5英里至9.3英里）之间的简单陨石坑。研究人员发现，水星北极和月球南极附近的环形山变浅了10%，但月球北极却没有。

作者得出的结论是，对于这些较浅的陨石坑而言，最可能的解释是在这两个星球上积累了此前未被发现的厚冰层。研究人员的一项发现支持了该结论，这些陨石坑的极地面斜坡比它们的赤道面斜坡略浅，而且由于水星环绕太阳运行，这种变浅的情况在促进冰稳定性的区域更为显著。科学家们探测到的地形信号在较小的简单陨石坑中相对更明显，但这并不排除冰在横跨月球极地的较大陨石坑中更广泛分布的可能性。

此外，与水星上的冰被证明近乎纯净不同的是，在月球上探测到的沉积物很可能与风化层混合在一起，形成层状结构。研究人员检测的简单陨石坑的典型年龄表明，这些陨石坑可能会积聚冰，在之后的很长一段时间内，这些冰会与覆盖在上面的风化层混合在一起。科学家们发现，这些推断出的埋藏冰沉积物与已经探测到的地表冰的位置相关联。这一发现可能意味着裸露的冰沉积物可能被挖掘出来，或者可能是由来自深层的分子扩散造成的。

这项研究由LRO和MESSENGER任务资助。LRO由NASA位于马里兰州格林贝尔特的戈达德航天飞行中心为位于华盛顿的NASA总部的科学任务理事会进行管理。LRO于2009年6月18日发射升空，它的七个强大的仪器收集了大量宝贵的数据，为我们了解月球做出了宝贵的贡献。MESSENGER由约翰霍普金斯大学应用物理实验室管理，于2004年8月3日发射，并于2011年3月18日开始环绕水星轨道运行。本次任务以安排于2015年4月30日对水星表面进行的撞击而告终。NASA正与商业伙伴和国际合作伙伴一起领导人类实现持续重返月球，以扩大人类在太空中的存在范围，并带回新的知识和机遇。

来源：
https://www.nasa.gov/feature/goddard/2019/moon-mercury-ice