科學家正在使用尖端技術追蹤月球上的水冰——這是未來太空任務的重要資源。夏威夷大學的團隊利用「影子攝影機」（ShadowCam）觀測月球永久黑暗的隕石坑，精確估算了月球表面冰的含量。另一個團隊則引入了一種基於宇宙射線的方法來探測深埋的冰，這是月球探索領域的突破。

藝術家繪製的未來宇宙射線雷達儀器的示意圖，該儀器將安裝在繞月衛星上。圖片來源：夏威夷大學馬諾阿分校物理系Christian Miki

這兩種方法都可能徹底改變我們在地球以外尋找可用水資源的方式，而夏威夷正逐漸成為日益壯大的太空前沿領域的關鍵參與者。

科學家和太空研究人員正在努力確定月球上水冰的存在位置和數量。水冰是未來月球任務的關鍵資源。它可以維持人類生命，並分解成氫和氧氣來製造火箭燃料。為了推進這項工作，夏威夷大學馬諾阿分校的研究人員正在測試兩種探測月球冰的尖端方法。

ShadowCam：窺視月球最黑暗的角落

夏威夷大學馬諾阿分校海洋與地球科學與技術學院（SOEST）夏威夷地球物理與行星學研究所（HIGP）的科學家李帥先前的研究發現了月球永久陰影區域存在水冰的證據，尤其是在其南北極附近。在此基礎上，李帥實驗室的研究生喬丹·安藤（Jordan Ando）領導了一項新研究，分析了使用名為“影子相機”（ShadowCam）的專用儀器拍攝的圖像。該相機是韓國航空航天研究院發射的「韓國月球探路者」軌道器的一部分。

由於月球極地隕石坑從未受到陽光直射，因此有些區域始終處於陰影之中。然而，光線可以從隕石坑被照亮的壁面反射，並微弱地照亮另一側。 ShadowCam 的設計初衷就是偵測這些光線昏暗的區域，這使得它非常適合研究月球最黑暗的區域。

藝術家描繪的月球寒冷永久陰影區域下方可能存在大量埋藏冰層。夏威夷大學馬諾阿分校研究人員的技術可能首次揭示5-10公尺深處存在薄冰層的證據。圖片來源：Costello 等人，2025。

「冰通常比岩石更亮，也就是說，它反射的光線更多，」安藤說。 “我們分析了這台高靈敏度相機拍攝的高品質圖像，仔細觀察了這些永久陰影區域，並探究這些區域的水冰是否會導致地表普遍變亮。”

虽然阴影区域的冰并没有显著增亮月球表面，但该团队对“影子相机”图像的分析有助于精确估计月球表面可能存在的冰量。李之前的方法表明，月球表面含有5%到30%的水冰。对“影子相机”图像的分析缩小了范围，表明水冰在月球表面的含量不到20%。

除了對月球表面冰層的研究之外，夏威夷大學馬諾阿分校的另一組研究人員與HIGP 和物理與天文系最近在《地球物理研究快報》上發表了一項研究，概述了一種探測月球兩極埋藏冰層的創新方法。

「我們最近的研究表明，利用自然產生的宇宙射線可以開發一種探測月球地下水冰的新技術，」該研究的主要作者、HIGP博士後研究員艾米麗·S·科斯特洛（Emily S. Costello）說道。 “這些超高能宇宙射線撞擊月球表面並穿透至地下層。這些射線會發射雷達波，這些雷達波會從地下的冰層和岩石層反射回來，我們可以利用這些雷達波推斷月球表面以下的情況。”

研究人員對月球南北兩極永久陰影區域進行了水冰探測。圖片來源：李帥

該團隊使用先進的電腦模擬來測試雷達波如何穿過月球土壤以及如何編碼有關可能的埋藏冰層的資訊。

「這種在月球上尋找水冰的方法是全新的，非常令人興奮，」該研究的合著者克里斯蒂安·泰·烏多維奇（Christian Tai Udovicic）在最近於德克薩斯州休斯頓舉行的月球和行星科學大會上展示了這一發現，他說道。 “由於它依賴於世界上只有少數科學家精通的高能物理學，即使是正在研究尋找月球水冰方法的行星科學家，在聽到這種技術時也常常感到驚訝。”

HIGP 和物理系的研究人員團隊正在組裝一種專門用於監聽月球訊號的雷達儀器，並希望在2026 年初之前測試整個系統。他們將尋找機會將其送上月球，希望首次探測到月球上大量埋藏的水冰沉積物。

科斯特洛表示：“夏威夷正日益成為太空探索，尤其是月球探索的中心。這些由夏威夷大學馬諾阿分校科學家領導的項目，為夏威夷的學生和專業人士提供了引領和參與新興太空產業的嶄新機遇。”

編譯自/ scitechdaily