印度的探月行动

经过几度拖延，印度的“月船2号”探测器终于成功发射，踏上飞向月球的漫长旅程。好在局座“因果律”没有应验，48天后“月船2号”不仅顺利地找到了月球、入了轨、还“提前”进入了最后的下降轨道，现在就差临门一脚了。开弓没有回头箭，9月7日（印度空间研究组织官网上写的是9月7日）印度的第二个月球探测器就将带着它20公斤重的小小月球车落在月球表面——无论是软着陆还是硬着陆。

“月船2号”的漫长旅程

据说印度此次的探月任务是在月球表面找水，因此印度的科学家们将着陆地点选在了月球的南极——南纬70.9度、东经22.7度，距离南极点约600公里远的地方，那是在两个被称为“Manzinus C”和“Simpelius N”陨石坑之间的一个高地。

印度人绘制的登月想象图

为稳妥起见，负责测控任务的印度空间研究组织（ISRO）还选择了一个备用降落区：位于南纬67.7度和西经18.4度的一个地方。

尽管选择的着陆地点离月球南极点还有相当远的距离，却可能是人类探测器能到达的最靠近极地的区域，由此带来的挑战是显而易见的。做到这一点不仅需要勇气，还需要相当的成熟技术支持。

“月船2号”也许是第一个踏足月球南极的人类探测器，在此之前，“嫦娥4号”携带着“玉兔2号”月球车已经在月球背面的艾特肯盆地成功着陆，并且正在持续开展科学探测活动。“嫦娥4号”的着陆坐标为月球背面东经177.6度、南纬45.5度。此次“月船2号”的预定着陆地点按照地球的标准将在“南极圈”以内，也更加接近月球南极点。

与其它国家相比，“月船2号”的预定着陆点更靠近南极

为什么要去月球南极？

首要原因当然是此前别的国家没去过，它是第一个。印度有可能成为登陆月球南极的国家，这是足以自豪的事情。

第二个原因是印度公开的登月目标之一：“月船2号”要在月球南极找水！

我们知道月球没有全球磁场，也几乎没有大气层。当阳光照射到月球表面，强烈的太阳风会将水分子分解成氢和氧，然后将它们吹散到太空中，恶劣的环境使月球表面完全干燥，基本不可能存在水。下面就是水分子的光解过程：

H₂O + 2 photons (light) → 2 e⁻ + 2 H⁺ + O

但理论上月球上曾经有水的存在，因为几十亿年来它与地球一样经历过大量含水彗星、小行星和流星体的撞击，地球上有水，月球上同样应该有水；同时太阳风中大量质子（H⁺，它是氢的原子核）持续不断地轰击月面，它们有可能与月球表面氧化物中的氧离子相结合形成羟基（·OH），进而在月球的土壤下面生成水分子。

值得注意的是，一个水分子的形成需要存在两个相邻的羟基，或一个氧原子与两个质子发生连续的级联反应。如果每表面单位的质子密度太低，就可能构成限制因素并降低产生水分子的可能性。因此大多数科学家认为如果月球表面真的存在水，它有更大的可能是彗星贡献的。

太阳风的氢离子可能是月球上水的成因之一

1976年8月18日，前苏联Luna 24探测器降落在月球的Mare Crisium，并将从月球地表之下的土壤样品带回地球。1978年2月，苏联科学家通过对这些样品的分析后认为这些样品中含有水分子。其后越来越多的证据表明月球的地表之下存在水的痕迹，2018年8月，美国NASA证实在月球南北极表面存在水冰。

蓝色光谱线显示月球两极存在氢氧化物的光谱特征

为什么水冰会出现在月球的南北极？这是因为月球绕地球运行并随着地球绕日运行的过程中，其南北极区域的火山口和陨石坑成为“永久阴影区”，这些区域数亿年来不见阳光，低温和低辐射使得水分子得以保留下来。

月球南极和北极永久阴影区可能存在大量水冰

此前所有对月球南北极水冰的探测都是通过遥感卫星进行的，为什么包括美国在内的几个国家多次登月，却没有一次让探测器降落到南极去找水呢？因为那里环境对于探测器来说实在是太恶劣了。

永久阴影区是太阳照射不到的地方，十几亿年来这些地区的温度从未超过-170°C。依赖太阳能电池供电的探月设备得不到能源补充，并且它们搭载的电子设备也无法承受长时间超低温的考验。

“月船2号”能找到水吗？

这很困难。根据印度空间研究组织提供的着陆区域坐标，我找到了它在月球南极区域的计划着陆地点：

红色箭头所指区域为“月船2号”预定着陆地点

从“月船2号”的预定着陆地点我们不难看出，这里是南纬71度线附近一个相对平坦的高地，位于两个撞击坑之间。尽管这里是南极，但距离永久阴影区达数百公里。即便“月船2号”平安降落在阴影区里，也意味着它的夭折。这个探测器由太阳能电池供电，其功率仅为650W，它不像美国火星车那样搭载核电池，没有阳光的照射它就无法发挥作用。

“月船2号”着陆器基本参数

在有日照的月面不会有水，太阳风会蒸发它们。“月船2号”携带的20公斤重月球车设计行驶距离仅500米，功率仅50W的定向式太阳能电池注定它只能呆在有太阳照射的温暖地面，去不了永久阴影区，更谈不上寻找水冰了。

20公斤重的月球车

值得一提的是，无论是“月船2号”着陆器还是月球车，它上面都没有搭载可用于寻找水冰的传感器。这些设备被安装在它的轨道器上，包括：红外成像光谱仪（IIRS）和双频合成孔径雷达（DFSAR），也就是说，即便是着陆器在月球表面硬着陆，印度空间研究组织都可以凭借其绕月飞行的轨道器探测极地水冰，这项工作其它国家都有做过。

总结：

“月船2号”在月球南极圈内着陆的主要目的并不是探测水冰，因为它的着陆器上并没有搭载与之相关的探测设备，这些设备被安装在轨道器上。

月球南极的自然状况恶劣，有光照的地方没有水，水冰都深藏在撞击坑或古老火山口的永久阴影区里，依赖太阳能发电的探测设备无法到达这些地方。

2010年10月，科学家们报告说，月球南极的一个叫做Cabeus的寒冷陨石坑挤满了水冰，有些地方比地球撒哈拉沙漠更湿润。这是一个非常有趣的现象，希望未来我们的探测器可以在这个地区有所发现。

NASA图片显示Cabeus陨石坑深处存在羟基物质