月球南極與地球有何不同？印度真能在月球南極找到水冰嗎？

2023年8月23日，印度的月船3號任務(wù)成功將一個著陸器和月球車安全送達(dá)了月球，成為了全世界第4個成功軟著陸月球的國家。月球探測的國際力量進(jìn)一步提升，人類對月球的認(rèn)知也將快速的深化。有媒體報道說，印度是首個成功著陸月球南極的國家，而月球南極可能有大量的水冰。印度會不會探測到水冰，因此獲得重大科學(xué)突破呢？

要回答這個問題，必須首先明確月球的南極范圍有多大？月船三號是不是真的著陸在月球南極？

對于月球極區(qū)的定義，可以參考地球。對于地球，由于地球在沿橢圓形軌道繞太陽公轉(zhuǎn)時，還繞著自身的傾斜地軸旋轉(zhuǎn)，地球在自轉(zhuǎn)時，地軸與其垂線形成一個23°26'的傾斜角；因而地球在公轉(zhuǎn)時便出現(xiàn)有連續(xù)6個月的時間，兩極之中總有一極朝著太陽，全是白天，稱為極晝；另一個極背向太陽，全是黑夜，稱為極夜。極晝和極夜是極圈內(nèi)特有的自然現(xiàn)象，發(fā)生在北極圈北緯66°34'以北和南極圈南緯66°34'以南的地區(qū)。因此地球的極圈是指南北緯66以上的區(qū)域。

月球示意圖，來自圖蟲網(wǎng)

而月球的情況是怎么樣的呢？我們知道月球圍繞地球旋轉(zhuǎn)時，也和地球一起圍繞太陽公轉(zhuǎn)。但是，月球的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)軸之間的夾角只有1.54度，這個角度是由于地球的引力導(dǎo)致的。在如此小的夾角情況下，月球兩極發(fā)生極晝和極夜的區(qū)域就非常小，大致是在其南北緯86度到極點(diǎn)之間的區(qū)域?，F(xiàn)在我們來看看印度月船3號著陸點(diǎn)的經(jīng)緯度，它是在南緯69度多，不到南緯70度的位置，顯然這里距離經(jīng)典的月球極圈還很遠(yuǎn)。

那為什么媒體都說印度是第一個著陸在月球南極的國家呢？這是因為，月球中高緯度區(qū)域的太陽光照角很小，而由于月球表面崎嶇不平，布滿了大大小小的撞擊坑，撞擊坑的坑緣和坑底的高差很大，可達(dá)幾百米到幾千米。由于地勢之間的遮擋，低角度照過來的太陽光就照射不到坑底低洼處，這些區(qū)域就成為了永久陰影區(qū)，如同極夜一般。而那些突出的高地，就一直有光照，成為極晝區(qū)域。這樣一來，發(fā)生極晝和極夜的區(qū)域就要大得多，包括了不到南北緯86度的一些地形高差很大的中高緯度區(qū)域。尤其重要的是，這些陰影區(qū)域常年溫度很低，都低于零下100攝氏度，從而形成了冷阱效應(yīng)，當(dāng)水分子等揮發(fā)性物質(zhì)進(jìn)去后，就被凍結(jié)在那里被長期保存下來，成為可能被開采利用的月球資源。

印度月船3號的著陸點(diǎn)就是因為這個原因被看作降落在了月球的南極區(qū)域，而備受關(guān)注。

既然如此，月船三號的著陸區(qū)域有沒有水冰？這次任務(wù)能否證實(shí)有水冰的存在呢？事實(shí)上，著陸點(diǎn)遠(yuǎn)離永久陰影區(qū)，而且月船3號也沒有打算去探測水冰。

月船3號的著陸器“維克拉姆”重約1500公斤，包括一輛只有26公斤重的探月車，相對于我國玉兔號月球車質(zhì)量的五分之一。由于著陸器和月球車都沒有用于保溫的設(shè)備，因此它們在月面工作的時間只能持續(xù)半個“月球日”，大約相當(dāng)于 14 個地球日。在如此短的時間內(nèi)，月球車無法到達(dá)遠(yuǎn)處的陰影區(qū)探測水冰，只能就近探測月球表面的形貌和成分。

可見，人類對月球水冰資源的實(shí)地探測還要再等一等。包括中國和美國的多個探測任務(wù)也都將月球極區(qū)的水冰作為重點(diǎn)探測目標(biāo)，我們相信在不久的將來，人類對月球水冰的探測會取得重大突破。

本文為科普中國·星空計劃扶持作品

作者：肖龍

審核：左維

出品：中國科協(xié)科普部

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