月球

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。” [rml_read_more] 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

创世纪号距离月面22千米时传回的图像 来源：月球探测器创世纪号 4月11日，以色列的月球探测器创世纪号（Beresheet）在即将登陆月球之时，负责降落的主发动机突然出现故障，创世纪号无法减速，最终撞上月球表面。虽然人类首个私人赞助的登月计划以探测器坠毁告终，却给月球留下了来自地球的超强物种：水熊虫（water bear）。 被“洒”在月球表面的水熊虫处于一种休眠状态：研究人员将这些小生命进行了脱水处理，让它们所有的新陈代谢过程都停止，等待人类将其重新唤醒。 水熊虫概念图 图片来源：福克斯（Fox）/Giphy 其实，这已经不是水熊虫第一次离开地球进入太空了，早在2007年的时候，它们就被欧洲航天局（European Space Agency，ESA）的一个实验项目带入了太空，ESA设计执行了一系列太空实验，目的在于寻找能在深邃的太空之中存活时间更久的地球生物。 这让水熊虫成为了第一批进入太空的生命体。 水熊虫是缓步动物（tardigrade）的俗称，体积极小，大部分长度不超过1毫米，最大的也只有1.4毫米；一般拥有四个体节、四对脚，末端还有爪子或是吸盘、脚趾。水熊虫主要生活在短时间存在的池塘里、土壤中的水滴中，以及潮湿的植物水膜上。水熊虫最为人熟知的是极为顽强的生命力，在让大多数生物致死的条件下，它们也能够安然生活：可以承受的温度下至零下272摄氏度，上至150摄氏度；可以在没有水的情况下持续存活10年之久；除此之外，它们还具有极强的抗辐射能力。 显微镜下的水熊虫，也被称作缓步动物 图片来源：威洛•加布里埃尔（Willow Gabriel）和鲍勃•戈尔茨坦（Bob Goldstein） [rml_read_more] 在了解了它们如此强大的生存能力之后，来自瑞典和德国的科学家主导了“太空中的水熊虫”（Tardigrades in space ，TARDIS）这一太空实验，希望探索在恶劣的太空环境中，水熊虫能否成功活命。于是，在2007年9月的12天里，约有3000只水熊虫在ESA的轨道Foton-M3任务中搭上了前往太空的快车。 在拜科努尔航天发射场（Baikonur Cosmodrome），Foton-M3航天器准备发射。2007年9月，Foton-M3太空舱在轨道上环绕地球飞行了12天。 图片来源：ESA的S•科尔瓦亚（S.Corvaja） “我们的主要发现是，真空的太空环境，也就是极度脱水、充满宇宙辐射的条件，对水熊虫来说不是问题。” TARDIS项目的负责人、来自瑞典克里斯蒂安斯塔德大学（University of Kristianstad）的英厄马尔•约恩松（Ingemar Jönsson）说道。 水熊虫在如此恶劣的环境中也能够幸免于难，正显示出它们旺盛而强大的生命力。科学家的下一步，就是了解这看似不可能的生命存活背后的机制。约恩松说：“例如，当水熊虫完全脱水时，它们的细胞是如何做到保持细胞膜和DNA稳定的？”揭开这些生命的存活机制，就可以为太空生物科学（space bioscience）和其他领域的许多谜团和深度研究打开大门。 科学家精挑细选出了一组有能力应对太空中极端条件的生命体，水熊虫就是其中之一。在1998年～2008年这10年之中，ESA的其他太空实验表明，莴苣种子和地衣（藻类和真菌共生的复合体）也能在太空中生存；如果避免接受阳光直射，细菌孢子也能在太空环境中存活多年。 为了进行直接暴露在恶劣太空环境中的实验，研究人员设计了生物盘（Biopan）。在Foton-M3上，生物盘包含了10个不同的实验，涉及的领域包括太空生物学（exobiology）和辐射暴露。生物盘装置位于Foton-M3航天器的外表面，一旦进入轨道，就会自动打开将实验暴露在外太空之中；在进入舱内之前，生物盘则会重新闭合。 图片来源：ESA “与以往的实验生命体不同，水熊虫是一种全新的生物，没人知道它们神奇的生命机制。”ESA项目的生物学家勒内•德梅斯（René Demets）说道，“问题是，为什么陆地生物已经准备好了暴露在太空环境中呢？有什么逻辑依据吗？目前还没有人知道。“ 太空中的生存问题往往与另一个更广泛的理论联系在一起，那就是地球上生命的起源。“也许，生命的起源甚至根本就不在地球上，”德梅斯说道，“我们所知道的生命形式，是否早已在其他地方诞生，后来才被带到地球上？例如通过带有生命的陨石送到地球上？合适有利的条件让这些生命的种子能够进一步传播、发展、成长和成活。现在，我们确确实实已经发现了一些生命力顽强地生物体，即使在恶劣的太空条件下也能得以生存。” 这些生物体如果能在借助陨石进行“长途旅行”，那么它们必须也能承受住飞跃地球大气层的考验，并成功存活下来。在Foton 任务中，ESA还进行了一系列“石头”（Stone）实验，结果表明，在陨石的表层（深度约2厘米）之中，由于摩擦产生的高温和高压，任何东西都不可能完好地进入地球大气层；只有那些能够生活在陨石内部深处的裂缝或孔隙内的有机体，才有可能存活下来。 在国际空间站上，“暴露”设备允许短期或长期地将实验装置暴露于太空条件和太阳紫外线辐射之中。作为欧洲技术暴露飞行器的九个有效载荷之一，在欧洲哥伦布实验室外部，已经安装了几个装满陆地生物的浅盘。 图片来源：ESA 到目前为止，在任务持续时间内，这些太空暴露实验都被限制在一到两周的时间内。ESA还在国际空间站（International Space Station）上进行了一系列名为“暴露”（Expose）的实验，测试更长持续时间的太空环境暴露试验。作为欧洲技术暴露飞行器（European Technology Exposure Facility，EuTEF）的九个有效载荷之一，在欧洲哥伦布实验室（Columbus laboratory）外部，已经安装了几个装满陆地生物的浅盘。 ESA国际空间站采用部（Utilisation Department）的主管马丁•泽尔（Martin Zell）解释说：“正如我们在水熊虫身上看到的那样，我们或许能收获生命体存活的辉煌结果，当然也可能会得到非常消极的结果，并且确切地了解到，长时间暴露在太空环境中永远不会让生命存活。通过这些实验，我们正在探索太空生物的变化及其生存的最终极限。” 参考： [1]https://www.esa.int/Our_Activities/Human_and_Robotic_Exploration/Research/Tiny_animals_survive_exposure_to_space [2]https://www.wired.com/story/a-crashed-israeli-lunar-lander-spilled-tardigrades-on-the-moon/

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