中國在月球南極水冰研究領(lǐng)域取得重大突破,為即將發(fā)射的嫦娥七號(CE-7)探測器任務(wù)提供了關(guān)鍵科學(xué)支撐。2026年2月25日,中國科學(xué)院國家空間中心公布的最新研究成果顯示,科研團隊通過創(chuàng)新性構(gòu)建極區(qū)水冰熱穩(wěn)定性模型,首次實現(xiàn)了對月球南極沙克爾頓撞擊坑區(qū)域水冰分布的高精度模擬,這一突破性進展將直接指導(dǎo)我國首次月球南極就位探測任務(wù)的實施。
研究團隊針對月球極端環(huán)境特點,創(chuàng)新性地將低溫條件下月壤熱物理性質(zhì)納入計算體系,建立了目前國際最精細的極區(qū)水冰熱穩(wěn)定性模型。該模型能精確模擬月表溫度場分布,計算水冰年平均升華速率,并以100kg/(m2·Gyr)為臨界值劃定穩(wěn)定區(qū)域。研究區(qū)域聚焦沙克爾頓撞擊坑(直徑21km,深4.2km)及其周邊區(qū)域,空間分辨率達到驚人的50米/像素,相比美國Diviner探測器的240米/像素觀測數(shù)據(jù)實現(xiàn)了數(shù)量級提升。
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模擬結(jié)果顯示,沙克爾頓坑內(nèi)存在顯著的溫度梯度差異:坑底平坦區(qū)域年平均溫度最低(約40K),而坑壁區(qū)域因微量太陽散射輻射影響溫度略高。特別值得注意的是,研究首次發(fā)現(xiàn)坑內(nèi)不僅存在水冰冷阱(升華溫度≤110K),還分布著HCN(≤120K)、SO?(≤90K)和NH?(≤80K)等揮發(fā)分的穩(wěn)定區(qū)域。其中水冰冷阱面積達3270平方公里,比基于Diviner數(shù)據(jù)估算的結(jié)果擴大12%,這一發(fā)現(xiàn)極大拓展了潛在水冰資源的勘探范圍。
通過模擬太陽輻射與熱輻射的年際變化(圖2),研究團隊繪制出迄今為止最精確的永久陰影區(qū)(PSR)分布圖。數(shù)據(jù)顯示,沙克爾頓坑內(nèi)約83%區(qū)域?qū)儆谟谰藐幱皡^(qū),但熱輻射分布呈現(xiàn)明顯不均勻特征。尤為關(guān)鍵的是,在坑緣附近發(fā)現(xiàn)多個"弱光照區(qū)域",這些日照時長極短(年累計<5小時)但能獲得微量能量的過渡帶,可能是水冰與月壤混合物最理想的賦存環(huán)境。
該研究成果對CE-7任務(wù)具有三大指導(dǎo)價值:首先,首次明確沙克爾頓坑底平坦區(qū)域與特定坑壁位置(坡度<15°)為最優(yōu)探測靶區(qū);其次,發(fā)現(xiàn)HCN等有機分子可能與水冰共存的證據(jù),為拓展生命起源研究提供了新方向;最重要的是,研究提出的"熱穩(wěn)定性-地形坡度-物質(zhì)組成"三維選址標準,將探測器著陸點選擇精度從公里級提升至百米級。
國際同行評議指出,這項研究在三個方面實現(xiàn)創(chuàng)新:首次將月壤孔隙度隨深度變化納入熱模型,創(chuàng)新性提出"二次升華"效應(yīng)計算方法,建立揮發(fā)分穩(wěn)定性分級評價體系。相關(guān)成果已發(fā)表于《行星科學(xué)雜志》,研究團隊特別強調(diào),模型中集成的中國自主月球軌道器數(shù)據(jù)占比達65%,標志著我國在深空探測數(shù)據(jù)處理能力上已躋身世界第一梯隊。
水冰資源被公認為月球基地建設(shè)的決定性因素。1噸月球水冰可電解產(chǎn)生620立方米氫氣(推進劑)和310立方米氧氣(生命支持),其開發(fā)成本僅為地球運輸?shù)?/100。本次研究確認的穩(wěn)定水冰區(qū),理論上可支持年產(chǎn)萬噸級的水資源開采,這使我國在未來的月球基地選址競賽中獲得顯著優(yōu)勢。
隨著嫦娥七號進入最后發(fā)射準備階段,這項研究成果已直接應(yīng)用于探測器載荷配置優(yōu)化。據(jù)悉,CE-7將搭載我國首臺月面穿透雷達(探測深度50米)和激光揮發(fā)分分析儀,其探測精度將比現(xiàn)有國際最好水平提高3倍。美國行星科學(xué)研究所高級研究員詹姆斯·格林評價稱:"中國科學(xué)家建立的這個模型,可能改變?nèi)祟悓υ虑驑O區(qū)資源分布的認知框架。"
這項突破性研究不僅為嫦娥七號鋪平了道路,更深遠的意義在于:它首次系統(tǒng)論證了月球南極水冰資源的工業(yè)開發(fā)可行性,使人類向建立永久性月球科研站的目標邁出了實質(zhì)性的一步。根據(jù)我國公布的深空探測規(guī)劃,在CE-7任務(wù)之后,2030年前后將實施月球南極采樣返回任務(wù),屆時這些科學(xué)發(fā)現(xiàn)將得到最終驗證。正如論文通訊作者劉洋研究員所言:"我們正在編寫的不僅是探測方案,更是人類成為跨行星物種的技術(shù)路線圖。"
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