月球傾斜度發生巨變之謎

科學家們發現月坑（編者註：月球表面的凹坑，由小行星撞擊或者月球上火山噴發形成。）可能自太陽系形成初期就有水。

宇航員們發現，在幾十億年前月球的自轉發生偏轉，而這是由於月球的內在結構變化所致。這個研究可以用來解釋——為什麼在月球兩極附近，冰水分布怪異，因為月球傾斜度變化會導致部分冰塊突然暴露在陽光之下，融化成水，而其它地方卻處於陰影之中，冰塊自然不受影響。而且，它還可以幫我們找出那些因為長期曬不到太陽，在太陽系早期就儲存有冰水的月坑。

如果在特定的月坑中找到近期及古代的冰水，將有助於科學家們繪製出月球上水的歷史發展圖。因為在45億年前，月球很可能是地球與行星碰撞所形成的，所以如果知道月球上水的歷史也許就能解釋地球上的水是從何而來——這也是一個長期困擾我們的問題。

太陽系中最冷的地方

科學家們推測：分布在月球兩極附近永不見光的陰影區域的冰水距今已有半個多世紀的時間。這些月坑的底部是太陽系中最冷的地方之一，其表面溫度甚至低於零下200°C。而且由於陽光照射不到這裡，任何水分子落到這裡都會被「困住」，這就意味著冰水可以在這裡保存十幾億年之久。

然而，直到20世紀90年代美國宇航局的月球探測任務才給我們提供了這些區域存在冰水的具體證據，但結果卻令人有些費解。出於某種原因，並不是兩極附近所有陰影區域都有冰水，反倒是一些離兩極較遠的區域，雖然有極少量的陽光照射，但仍有冰水存在。這就和水星的兩極形成鮮明對比：在水星上，我們能根據陽光照射最少的區域準確預測冰水存在的地方。

在過去的45億年間，相對地球來說，月球自轉軸角度改變了，因而從地球看到的月亮也有所變化。圖片來源：James Tuttle Keane

在《自然》期刊上最新的刊登的研究中，研究人員提出了一個簡潔的解決方案。他們發現月球兩極的冰恰恰以相反的方向移到了離極點同等距離的位置。這就表明以前自轉軸的偏轉方向並不是我們今天所看到的。自轉軸一旦有偏轉就意味著之前有冰水的地方有部分會暴露在陽光下而蒸發，而其它部分卻相安無事。那麼在此過程中，保留下來的古代冰就能有效地幫我們「繪製出」自轉軸的偏轉的軌跡。研究人員據此計算出，自轉軸大約會發生6度的傾斜。

行星質量分布發生巨大變化時，其自轉軸會發生偏轉。研究人員根據自轉軸傾斜變化模擬出相應的內部（質量分布）變化。他們發現只有被稱為風暴洋的黑色地帶才能引起這種變化（編者註：風暴洋是於31—35億年前，火山噴發玄武岩凝固後形成的岩漿區）。這裡有足夠多的放射線物質加熱位於其下方的月球地幔，造成月球密度發生顯著變化，進而令月球自轉軸發生傾斜。

月球極地氫元素地圖（即代表冰水），圖中標記的白色圓點為氫元素最多的地方。圖片來源： James Tuttle Keane

這種情況造成月球一些地幔物質開始融化，併流到在月球表面形成可見的黑色暗斑（就像電影《月亮上的男人》的海報一樣），即月海。在幾次阿波羅探月行動中，宇航員們收集了一些來自於這些區域的火山石，發現它們可以追溯到三四十億年前。有證據表明直至今天，風暴洋區以下的地幔還是要比其他區域的溫度更高，而這很可能影響到目前月球的傾斜角度。

關於水的推測

行星科學領域的一個重大問題就是：是否形成地球的原始物質中早就有水存在，還是通過與小行星、彗星和原行星等天體碰撞，地球上才有水的？

近來，科學家們對月球上岩石中的水研究發現：其同位素組成與地球上的水非常相似，這也意味著月球上與地球上的水確實有共同的起源。事實上，最有可能的解釋是大多數的水均來自於一個小行星或者彗星，這是因為產生月球的那次劇烈碰撞中有可能將事先存在於地球上的水轉移到月球上。

在月球上，任何來自於小行星的水最終都會進入這些陰影區域，並永遠停留於此。而在地球上，這一過程卻基本不可能，因為板塊構造使得物質不停地運動。所以如果我們將月球上古代的水與小行星或彗星上的水進行比較，我們最終可能發現與地球上的水相關的證據。

雖然這個研究並未真正解開地球上水的起源之謎，但它也帶來了許多其它方面的結果，其中之一就是能幫助我們更好地了解月球內部結構的演化過程。

政府和私人機構如果以後要準備月球探險，這些研究都大有用處。而將來鑒定和證實資源的位置以及分布，比如水資源，可能是探索的主要動力，而找出含冰水的地方也是我們一如既往的目標。如果將來我們要去月球定居，或者在月球上建立太空探索的站點，我們也需要水來飲用、呼吸，或用在火箭燃料等方面。所以直接從月球取水會比從地球上帶水更方便且更便宜。

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