美国宇航局即将到来的阿尔忒弥斯2号任务计划在2026年4月之前将宇航员送回月球。宇航员最后一次登上月球是在1972年的阿波罗17号任务期间。

　　阿尔忒弥斯2号将利用美国宇航局的太空发射系统，这是一种非常强大的火箭，将使人类能够在地球大气层之外进行太空探索。四名机组人员将乘坐猎户座宇宙飞船，该飞船是美国宇航局在月球周围发射的，并在阿尔忒弥斯1号任务中成功返回。

　　但在阿尔忒弥斯2号之前，美国宇航局将派出两个任务，探测月球南极表面，寻找可以维持人类太空旅行和实现新科学发现的资源。

　　像我这样的行星地质学家对月球开拓者号的数据很感兴趣，这是两个探测任务之一。这次任务的数据将帮助我们了解水是如何在岩石行星和卫星上形成和行为的。

　　从科学探索开始

　　PRIME-1，或极地资源冰开采实验，将安装在月球着陆器上。它计划于2025年1月发射。

　　着陆器上有两个仪器：用于探索新地形的风化和冰钻，三叉戟，以及用于观测月球操作的质谱仪，MSOLO。“三叉戟”将向地下挖掘3英尺（1米），提取月球土壤样本，MSOLO将评估土壤的化学成分和水分含量。

　　加入月球采矿实验的是月球开拓者号，这是一颗由猎鹰9号火箭发射的卫星。

　　你可以把这个装置想象成一个价值数百万美元的卫星优步池，或者是一个拼车服务，多个任务共享一个火箭，在逃离地球引力的同时最大限度地减少燃料消耗。

　　行星科学家贝萨尼·埃尔曼（Bethany Ehlmann）是月球开拓者号的首席研究员，领导着一个由加州理工学院的科学家和学生组成的运营团队。开拓者是美国宇航局的小型创新行星探索任务，简称SIMPLEx。

　　这些特派团打算以较低的费用提供实际的业务经验。每次SIMPLEx任务的预算上限为5500万美元，而“开拓者”的预算略高于预算，为8000万美元。即使超出预算，这项任务的成本也将是美国宇航局发现计划中典型机器人任务的四分之一左右。探索计划的任务通常花费约3亿美元，最高预算为5亿美元。

　　建造小而强大的卫星

　　数十年来对小型卫星（SmallSats）的研究和开发，为开拓者号（Trailblazer）开启了可能性。小型卫星进行高度具体的测量，并补充来自其他仪器的数据。

　　多个小型卫星在一个星座中一起工作，可以同时进行各种测量，以获得地球或月球表面的高分辨率视图。

　　SIMPLEx任务可以使用这些小型卫星。因为它们体积小，价格便宜，所以研究人员可以研究那些技术风险更高的问题。例如，月球开拓者号使用商业现成的部件来降低成本。

　　这些低成本、高风险的实验任务可能会帮助地质学家进一步了解太阳系的起源，以及它是由什么组成的，以及它是如何随时间变化的。月球开拓者号将专注于绘制月球地图。

　　月球上发现水的时间轴

　　长期以来，科学家们一直对我们最近的天体邻居月球的表面着迷。早在17世纪中期，天文学家就将古代火山爆发错误地描述为月海，源自拉丁语“海洋”。

　　将近两个世纪后，天文学家威廉·皮克林的计算表明，月球没有大气层。这使他得出结论，月球表面不可能有水，因为水会蒸发。

　　然而，在20世纪90年代，美国宇航局的克莱门汀号探测到月球上有水。克莱门汀号是第一个完整绘制月球表面地图的任务，包括月球两极。这些数据以低分辨率探测到了月球永久阴影区域冰的存在。

　　科学家首次探测到水促使了进一步的探索。美国宇航局于1998年发射了月球勘探者号，并于2009年发射了月球勘测轨道器。2008年，印度空间研究组织发射了携带月球矿物绘图仪M3的月船1号任务。M3虽然不是为探测液态水而设计的，但意外地在月球上的阳光照射区域发现了液态水。

　　这些任务共同提供了含水矿物（化学成分中含有水分子的矿物）和冰水在月球表面分布的地图，特别是在寒冷、黑暗、永久阴影的地区。

　　新的使命，新的科学

　　但是月球上水的温度和物理状态是如何随着阳光和陨石坑阴影的变化而变化的呢？

　　月球开拓者号将搭载两种仪器：月球热成像仪（LTM）和M3仪器的升级版——高分辨率挥发物和矿物月球成像仪（HVM3）。

　　LTM仪器将绘制月球表面温度图，而HVM3将测量月球岩石吸收光线的情况。这些测量将使它能够探测和区分液态水和冰态水。

　　同时，这些仪器将提供月球含水岩石的热量和化学测量。他们将在阴历日（大约29.5个地球日）的不同时间测量水，试图展示水的化学成分是如何随着一天中的时间和它在月球上的位置而变化的。

　　这些结果将告诉研究人员水是处于固体还是液体的哪个阶段。

　　科学意义和下一步是什么

　　关于月球水的来源有三种主要理论。它可能是自月球形成以来就储存在月球地幔层中的水。随着时间的推移，一些地质过程可能使它慢慢地逃逸到地表。

　　或者，这些水可能来自与月球表面相撞的小行星和彗星。它甚至可能是由与太阳风的相互作用产生的，太阳风是来自太阳的粒子流。

　　月球开拓者号可能会阐明这些理论，并帮助研究人员在其他几个重大科学问题上取得进展，包括水在月球等岩石天体上的行为，以及未来的宇航员是否能够使用它。

　　csamar León Jr.是圣路易斯华盛顿大学行星地质学专业的博士生。

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