撞击对月球永久背阴区的影响

隐藏在月球暗黑南极的冰

在靠近月球南极的陨坑深处，阳光从未照射到。这些永久背阴的口袋像天然冰箱一样，数十亿年间运抵的水冰可能仍然保存着。了解持续的陨石撞击如何搅动、掩埋或消耗这些冰，不仅对科学重要，也关系到未来可能开采这些冰以获取饮用水、空气和火箭燃料的宇航员。本研究提出了一个简单但重要的问题：经过如此多的撞击后，这些极地宝贵的冰还能剩下多少，探险者应在哪里寻找它？

黑暗陨坑与满是坑洼的地形

研究人员将注意力集中在南极纬度85至90度之间的月球南极区域，该区拥有数百个永久背阴的陨坑。利用韩国的ShadowCam仪器和印度嫦娥二号轨道器相机提供的超灵敏影像，他们仔细绘制了小到一米宽的陨坑。他们在大于一平方公里的背阴区域内发现了近87,500个大于五米的陨坑，并用一个较小测试区的详细计数构建模型，估算整个区域可能存在的非常小的陨坑数量。分析表明，这些黑暗区域大约点缀着约2400万个直径在一到二十米之间的小陨坑。

撞击打到哪里，哪里幸免

借助这份陨坑普查，团队估算了永久背阴区内有多少表面积被小型撞击直接扰动。他们发现，在坡度相对平缓的较大背阴区域中，约26%的表面被这些小陨坑覆盖。这意味着大约四分之三的平坦背阴地带尚未被新近的小陨坑贯穿，尽管它们仍受坠落碎片和邻近撞击引发震动的影响。将相同方法应用于成千上万个微小的背阴口袋表明，某些非常小的冷陷阱仅有少数陨坑，而另一些则密布更多陨坑。总体而言，景象是表面布满坑洼，但仍远未被彻底翻 churn（完全翻动）。

陨坑如何搅动、暴露与掩埋冰

为了了解这些撞击对埋藏冰的实际影响，团队对撞击一个带有地下冰的寒冷多孔月壤进行计算机模拟。在剖面上，地面被设想为一层尘土覆盖在浅几米到数十米的富冰层之上。模拟结果显示，一米级陨坑会扰动近表层的冰层，将其与土壤搅动混合，而200米级的陨坑几乎会把其盆内的浅层冰全部炸飞。然而，同一次大型撞击也会把一些冰质物质抛出坑穴，这些物质可以迅速冷却并在陨坑边缘被重新掩埋，或掉入附近的冷口袋。这个过程既在陨坑形成处摧毁冰，也有助于在外侧受庇护的位置保存冰。

随时间被挖掘出来的冰量有多少

研究人员以LCROSS撞击任务抛出的已知水量为参照，向上外推估算这些数以百万计的小型南极陨坑可能挖掘出的冰量。他们的模型表明，直径在一到二十米之间的小型撞击仅在所研究的极地带内，就可能从浅层挖掘出数亿公斤量级的水冰。这只是被认为运抵月球两极总冰量的一小部分，但它表明极地“冰箱”并非静止不变。在过去十亿年间，数不清的小撞击不断地暴露、重分布并有时移走浅表几米深处的冰。

这对未来月球探险者意味着什么

尽管遭受了不断的撞击轰击，研究得出结论：月球南极许多背阴区域仍有较大概率保存浅埋的冰。大多数坡度平缓的永久背阴地面尚未遭到最小陨坑的直接打击，尽管它们被抛出的物质覆盖，这些碎屑既能保护又会缓慢混合冰层。较大的陨坑可能掠夺坑内的冰，同时在坑沿和附近微冷陷阱中播撒新的冻结物质。对于希望采样或开采月球冰的未来任务，这项工作指出了有前景的目标：躲过过多近期小撞击的平坦背阴区，以及在边缘地带可能仅在数米浅处就埋藏着重新掩埋冰的陨坑周缘区域。

引用: Vijayan, S., Rama Subramanian, V., Sahoo, R. et al. Impacts into the lunar permanently shadowed regions. npj Space Explor. 2, 17 (2026). https://doi.org/10.1038/s44453-026-00032-1

关键词: 月球冰, 月球南极, 撞击坑, 永久背阴区, 太空资源