“交通”污染月球|如何保护月球极点的冰？
原作者：Alexandra Witze
科学家希望出台指南，指导人们以负责任的方式勘探月球两极的冰。
2020年12月，中国开始采样并重返月球的任务，标志着月球将迎来新一轮“游客”大爆发。未来三年，俄罗斯、印度、中国、日本和美国将发射至少八艘航天器在月球表面着陆。
历史上第一次，一些即将到来的月球探测任务将探索月球上一些最有趣但最敏感的区域，即——个月球极点。研究人员非常兴奋地研究月球两极阴影区环形山中的冰水，但他们也担心这种任务的增加可能会污染他们一心研究的冰。
美国宇航局的VIPER月球车将配备一台一米长的钻机，以利用月球表面下的冰。资料来源：丹尼尔鲁特/美国宇航局艾姆斯
由于各种原因，月球上的冰对科学家来说意义重大。一些科学家想分析原始样本，找到几十亿年前地球和月球是如何积水的以及何时开始积水的线索。其他科学家想开采冰，并将其用作未来月球基地火箭的燃料。
目前一个比较难的选择是：他们应该马上开始挖掘，搞清楚收集冰块，将冰块转化为燃料的过程？还是放慢脚步，小心翼翼的保存月冰中包含的科学信息？“现在一些科学家说我们根本不能靠近冰，因为它会破坏冰，”美国圣母大学的地球科学家克莱夫尼尔说。“其他人认为我们需要冰，所以我们必须得到它。”
上述分歧需要尽快解决，特别是考虑到NASA计划向月球南极发射一系列探测器：2022年先发射一个机器人着陆器，几年后再将宇航员送上月球表面——，这将是1972年以来的首次。
早些时候，著名的美国国家科学、工程和医学研究所(NASEM)发布了一份报告，称太空机构需要明确其在月球两极科学探索中的优先事项，以确保探索的有效性。国际空间研究委员会(COSPAR)给出了空间探索的最佳实践，也在评估现状，并将在未来几个月内决定是否发布新的月球探索指南。美国宇航局正在等待国际空间研究委员会的决定，届时它可能会更新其条例，以指导如何以负责任的方式探索月球。
随着月球探测任务的增加，“我们有义务不对未来的科学探测造成任何损害。”美国宇航局总部的行星保护官员丽莎普拉特说。问题是，“我们能做对什么？”
任务冲突
到目前为止，还没有飞船直接探索过月球两极和那里的冰。唯一一次几乎成功的任务是印度的维克拉姆着陆器。2019年，维克拉姆号在距月球南极约600公里的高度坠毁，未能成功着陆探月。中国计划中的嫦娥六号任务可能会探测月球南极，挖掘那里的冰和岩石，并最早在2023年将样本送回地球。嫦娥六号之前的嫦娥五号在2020年12月采集了月球中纬度地区的岩石。日本和印度也一直在讨论派遣机器人去探索月球南极，俄罗斯和欧洲也有同样的想法。
至于美国宇航局，在特朗普政府期间，该机构一直在规划一系列月球探索任务，重点是探索月球两极。根据目前的计划，美国宇航局将在2022年向月球南极发射两个机器人着陆器，并在2023年发射一个更大的机器人月球车VIPER。VIPER将使用一米长的钻头在月球土壤中挖掘冰。美国宇航局2020年12月发布的一份报告显示，早在2022年，人类就可以登陆月球，开始探索含冰陨石坑。他们的目标之一可能是收集冰，并将冻结的冰送回地球上的实验室进行研究。
五十年前，当阿波罗宇航员第一次代表人类登上月球表面时，谁也没想到这个探索项目也会污染月球冰层。当时，研究人员认为月球非常干燥。大约十年前，研究人员意识到月球上的许多地方都有水，包括两极阴影区环形山中的冻结水。科学家们甚至在月球向阳面的至少一个地方发现了水，这些水包裹在干燥的月球土壤矿物质中。
所有这些水可能通过富含水的小行星或彗星，或者通过太阳风轰炸月球表面到达月球。部分水可能来自月球内部，——是从富水内部的火山喷发中喷出。不管来源如何
何，月球上的水都包含了关键的科学信息。
来源：Kevin Cannon
月球两极阴影区陨石坑内的冰可能是经过几十亿年的累积形成的。如果确实如此，它就不仅包含月球早期历史的线索，也包含地球早期历史的线索。月球可能形成于约45亿年前，当时有一个巨大的天体撞击新生的地球，撞击产生的碎片聚集形成了月球，月球和地球的历史也因此密不可分。在地球上，地质活动（包括板块构造）抹去了地球早期历史的许多记录，但是月球上无此类活动，使之成为一个完美的研究对象。
“月球上水的历史包含许多关于太阳系如何演化的线索。”NASA艾姆斯研究中心（Ames Research Center）的行星科学家Ariel Deutsch说。
潜在的污染问题
考虑到月冰的重要性，许多研究人员对实际勘探持谨慎态度，一些科学家一直在评估火箭喷焰可能对冰造成的污染。
不久之前，约翰斯·霍普金斯大学应用物理实验室的行星科学家Parvathy Prem及其同事模拟了一个中等大小着陆器在月球南纬70º着陆的场景，这里距离南极含冰陨石坑几百千米。模拟显示，即使火箭不释放太多的水，但是最终释放出来的水会在月球表面扩散并存留一段时间[3]。即便过了两个月球日——地球上的两个月——火箭释放的水约有30%–40%仍会存在，大部分在月球的阴面冷冻起来。“问题在于，水蒸气会四处扩散。”Prem说。因此，月球极地的冰已经被过去的探测器污染过了。
国际空间研究委员会询问了数百名行星科学家，看看他们有多担心探月对月球两极科考的可能影响。2020年有70%以上的回复者表示，他们担心污染可能损害月冰中所包含的科学记录，欧洲空间局行星保护官、国际空间研究委员会行星保护委员会副主席Gerhard Kminek说。
Prem和Deutsch等19名科学家向NASA提交了一份白皮书，提议在月球南极或北极的某个阴影区陨石坑开展“起源优先”（origins-first）任务，目的是在月球探测大爆发之前合理地收集月冰原始样品，帮助科学家确定月球上的冰是如何累积起来的。这样的任务可以准确地揭示月冰具有多么重要的科学意义，以及是否应该推迟采冰任务，中佛罗里达大学空间科学家、白皮书共同作者Esther Beltran说。
NASA目前没有给“起源优先”任务划拨经费，而且继续计划向月球极地地区发送多个航天器。但是NASA也在听取对此存有忧虑的科学家的意见，并采取谨慎的行动，NASA行星保护官Pratt说。“我们需要在追求资源利用和推进科学发现与求知之间达成平衡。”她说。
与此同时，如果国际空间研究委员会采用新的探月指引，那么NASA和其他国家的航天机构可能也将跟进。国际空间研究委员会目前的指引要求各国将探月任务中携带的所有有机材料都记录下来，如碳复合材料、涂剂和粘合剂。这样有助于缓解有关污染的担忧，Kminek说，因为它明确告知了科学家什么样的人造材料进入了月球环境。对于未来的探月任务，一个潜在转变是将火箭或生命支持系统可能释放的各种气体记录下来。包括中国国家航天局、商业公司SpaceX和Blue Origin在内的相关方已经在和国际空间研究委员会讨论这些潜在改变，Kminek说。
决定、决定、决定
尽管这些讨论仍在持续，但也有一些科学家并不太担心污染问题。Neal等人表示，火箭喷焰产生的水蒸气只会在月球表面最上层形成一个薄层，因此不用太费力就可以往下挖，获得下层未受影响的冰。此前，美国国家科学、工程和医学研究院的一份报告指出，被埋冰的受污染风险不高。科罗拉多矿业大学的行星科学家Kevin Cannon认为，挖掘月冰所带来的少量污染远不及发现这些冰分布在哪里、如何分布这样的科学进步重要。他一直在绘制地图，希望能揭示月球上最大、最易获取的冰储可能在哪里[4]（见“月球上的冰储”）。
另一些科学家提出了一些保护月冰的提议。一种是将月球的一极保护起来用于科研，开放另一极用于开采勘探。还有一种是将部分含冰陨石坑划定为禁入区。月球上有很多这样的陨石坑，小的陨石坑还不及人的手掌大[5]，大的陨石坑直径可达10千米——科学家认为，并非所有这些陨石坑都需要勘探。
“我们需要保证我们的眼光足够长远，”Prem说，“谁知道后代科学家想要做什么？”
参考文献：
1. Li, S.et al. Proc. Natl Acad. Sci. USA115, 8907–8912 (2018).
2. Honniball, C. I.et al. Nature Astron.https://doi.org/10.1038/s41550-020-01222-x (2020).
3. Prem, P., Hurley, D. M., Goldstein, D. B. & Varghese, P. L.J. Geophys.Res. Planets125, e2020JE006464 (2020).
4. Cannon, K. M. & Britt, D. T.Earth and Space Science7, e2020EA001291 (2020).
5. Hayne, P. O., Aharonson, O. & Schörghofer, N.Nature Astron.https://doi.org/10.1038/s41550-020-1198-9 (2020).
原文以Will increasing traffic to the Moon contaminate its precious ice?标题发表在 2021年1月5日的《自然》的新闻版块上
nature
doi: 10.1038/d41586-020-03262-9
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