科学家和太空探索者一直在努力确定月球上存在冰的位置和数量。水冰将成为未来月球基地的重要资源，既可用于维持人类生存，也可分解为火箭燃料的关键成分——氢气和氧气。美国夏威夷大学马诺阿分校的研究人员正在采用两种创新方法推进月球寻冰工作。
未来可能搭载于绕月卫星的宇宙射线雷达仪器概念图。图片来源：夏威夷大学马诺阿分校
该校地球物理与行星学研究所（HIGP）助理研究员李帅（音）此前已在月球南北两极的永久阴影区探测到水冰。现在，由李帅实验室的行星科学研究生Jordan Ando领导的新研究，分析了韩国航空宇宙研究院月球轨道探测器搭载的专用相机“ShadowCam”拍摄的图像。
月球极区陨石坑无法接收直射阳光，但坑壁一侧反射的阳光可间接照亮另一侧。专为观测月球永久阴影区设计的ShadowCam，对月表反射的间接光极为敏感。
“冰通常比岩石更明亮，即反射更多光线。”Ando解释说，“我们通过分析这台高灵敏度相机拍摄的优质图像，深入观察这些永久阴影区，研究水冰是否会导致这些区域地表广泛增亮。”
尽管阴影区的冰并未显著提升地表亮度，但研究团队对ShadowCam图像的分析有助于优化月表含冰量估算。李帅此前推测月表含有5%至30%的水冰，而ShadowCam图像分析将范围缩小——表明水冰占月表比例不足20%。
除地表冰研究外，HIGP与夏威夷大学马诺阿分校物理与天文系的研究人员合作，近日在《地球物理研究快报》发表论文，提出探测月球两极地下冰层的新方法。
“我们通过最新研究证明，利用自然存在的宇宙射线探测月球地下冰层的新技术是可行的。”论文第一作者、HIGP博士后研究员Emily S. Costello表示，“这些超高能宇宙射线撞击月表并穿透地层，发出的雷达波会从地下冰层和岩层反射回来，据此可以推断地下结构。”
研究团队采用先进计算机模拟，测试雷达波在月壤中的传播方式及其对潜在地下冰层信息的编码机制。
“这种月球寻冰方法具有开创性且令人振奋。”论文合著者、夏威夷大学马诺阿分校的Christian Tai Udovicic说，“由于该技术基于仅有少数专家掌握的高能物理学原理，即使研究月球寻冰方法的行星科学家听闻此技术时也常感惊讶。”近日，他在美国月球与行星科学会议上展示了该成果。
目前，研究人员正致力于组装专为接收月球此类信号设计的雷达仪器，并计划于2026年初完成全系统测试。他们将寻求机会将该设备送往月球，以期首次探测到月球大规模地下冰层。
相关论文信息：https://doi.org/10.1029/2024GL113304
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