新研究：中子可协助探测月球水资源

寻找月球的水资源对于载人太空探索以及揭开月球乃至地球上水的起源之谜都具有重要意义。日本京都大学日前发布新闻公报说，该校参与的一项研究显示，通过组合测定从月球表面逃逸的不同能量的中子，能同时推测月球地下水资源的丰度和深度。

为利用月球水资源或探明水的起源，需要借助月球车等挖掘并采集水。而要实现高效挖掘和采集，需要先依靠绕月探测器等远程且非接触的地下探测，以选出挖掘的候选地点。因此，非接触式地下水探测非常重要。

银河系宇宙射线撞击月球表面会令月表以下几十厘米土壤中的原子核破碎，产生不带电的中子。这些中子能量高达约100万电子伏特，属于快中子。它们从地下逃逸到月球表面的过程中，会和地下的物质碰撞，失去能量。特别是水中氢元素的原子核和中子质量大致相等，如果有水存在的话，中子会更高效地失去能量，逃逸到月表。这种能量相对较低的中子属于热中子或超热中子。逃逸出来的这些中子的量根据含水量的变化而变化。

日本量子科学技术研究开发机构、立命馆大学、京都大学等机构的研究人员利用粒子轨迹模拟软件Geant4构建了一个框架，这个框架能详细模拟银河系宇宙射线撞击月球表面后发生的基本物理过程。他们随后改变月壤含水率、含水层的深度和厚度、土壤温度等与水的存在形态相关的条件，反复计算逃逸出来的中子的强度。结果显示，将热中子、超热中子和快中子三者的测定组合起来，可以推算出隐藏在月球地下水存在的量以及深度。

论文第一作者草野广树说，通过反复开展各种条件下的数值模拟，研究人员明确了借助中子测算能得出月壤中含水量和存在形态的信息。这有望在月球水资源探测中用于评估其作为资源利用的可能性。他们期待未来能在实际的月球探测中，检验这次的研究成果。

参与研究的晴山慎表示，这项研究提出的方法不仅限于月球，还可以应用于银河系宇宙射线能直接到达的天体。

研究相关论文已发表在英国《行星与空间科学》杂志上。