根据来自美国国家航空航天局（NASA）月球勘探轨道器（LRO）任务的最新分析，月球尘埃和岩石（表层土壤）中冰的存在比之前理解的更加普遍。这些冰是未来月球任务的重要资源。它可以用于多种目的：提供辐射保护，支持人类探险者，或分离成氢和氧以制造火箭燃料、能源和可呼吸空气。
过去的研究主要在靠近月球南极的较大永久阴影区域（PSRs）中发现了冰的迹象，包括一些特定的陨石坑，如卡贝乌斯、霍沃斯、肖梅克和福斯蒂尼。然而，最新的发现显示，“我们发现南极以外的PSR中存在广泛的水冰证据，延伸至至少77度南纬，”来自NASA戈达德太空飞行中心的蒂莫西·P·麦克拉纳汉博士说，他是于10月2日在《行星科学杂志》上发表的研究的主要作者。
这项研究对计划月球任务的人来说非常有益，因为它提供了地图并识别了表面特征，表明冰在哪里更或更不可能被发现。“我们的模型和分析显示，在低于75开尔文（-198°C或-325°F）的PSR的最冷部分附近，预计冰的浓度最高，而在朝向极点的斜坡底部，”麦克拉纳汉指出。
“虽然我们无法准确测量PSR中冰的存在量或确认它是否埋在干燥的表层土壤层下，但我们估计，在这些沉积物的每1.2平方码（1平方米）的表面区域内，顶部3.3英尺（1米）内应该至少有额外的五夸脱（五升）冰，相比周围区域，”麦克拉纳汉说。该研究还识别了冰沉积物较少、小型或浓度较低的区域，这些区域主要位于较暖、周期性阳光照射的区域。
冰可以通过彗星和陨星的撞击、月球内部释放的蒸汽或太阳风中氢与表层土壤中氧的化学反应而被困在月球表层土壤中。PSR通常位于靠近月球两极的低洼地区，在这些地区，阳光的低入射角使这些区域在数十亿年中处于黑暗中，导致极低的温度。冰分子可以因陨石撞击、辐射或阳光而从表层土壤中脱落，沿月球表面移动，直到它们沉淀在PSR中并被极寒困住。PSR中持续寒冷的表面可以保存这些冰分子数十亿年，可能形成足够的沉积物以供开采。冰在直接阳光照射的区域中消失得很快，使得在这些地方积累冰变得具有挑战性。
研究团队利用LRO的月球勘探中子探测器（LEND）仪器通过测量中等能量的“亚热中子”来识别冰沉积物。他们特别利用了LEND的亚热中子准直传感器（CSETN），该传感器在固定的18.6英里（30公里）直径的视场中运行。中子是由高能宇宙射线产生的，宇宙射线源于超新星等天文事件，撞击月球表面，打断表层土壤中的原子，散射亚原子中子。这些中子在穿过表层土壤的过程中可以被LEND探测到，来源深度可达约3.3英尺（1米）。与氢的碰撞会导致中子比与表层土壤中其他常见元素的碰撞损失更多的能量，因此在氢存在的地方，探测到的中子数量会相应减少。
“我们提出，如果所有PSR的氢浓度均匀，那么CSETN应该根据其面积成比例地检测这些浓度。因此，较大的PSR应该显示出更多的氢，”麦克拉纳汉表示。
该模型基于理论研究，说明如何使用具有固定面积视场的CSETN来检测富氢的PSR。使用502个PSR的中子排放建立了相关性，这些PSR的面积从1.5平方英里（4平方公里）到417平方英里（1079平方公里）不等，与周围氢较少的区域形成对比。预计的相关性对于较小的PSR较弱，但在较大的PSR中变得更强。
这项研究得到了LRO项目科学团队、NASA戈达德太空飞行中心的人工智能工作组以及NASA资助编号80GSFC21M0002的支持。它利用了包括NASA的LRO神谕仪和月球轨道激光测高仪在内的仪器。LEND仪器由俄罗斯的宇航局通过其空间研究院（IKI）开发，并在NASA戈达德太空飞行中心集成到LRO航天器中，该中心为NASA在华盛顿的科学任务局管理LRO任务。
