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【腦洞】把一桶水倒在月球上,會發生什麼?科學家:這個動作可能無法進行
2023/03/27

在地球上,倒水這種事情,我們幾乎天天都在做,早就已經對此習以為常了,不過在月球上倒水,相信大家都沒有嘗試過,那麼問題就來了:把一桶水倒在月球上會發生什麼?

或許有人會認為,月球是一顆干涸的星球,其表面到處都是干燥且蓬松的月壤,所以如果把一桶水倒在月球上,那麼這些水就會被月壤迅速吸收,其結果就是月球上出現了一塊「濕土團」,或許這些水還會在月球表面激起一蓬「塵土」,就像我們將水用力倒在一大堆干燥的面粉上一樣。那實際情況真的會是這樣無趣嗎?其實不然。

通常我們所說的水,其實是指液態水,而維持液態水存在的條件,除了合適的溫度以外,還需要合適的壓強。在我們地球上,維持液態水存在的壓強是由大氣層提供的,而月球卻沒有大氣層,其表面的氣壓幾乎為零,在這樣的環境中,水就不可能以液態的形式存在。

由此可知,如果我們想要在月球上倒一桶水,就必須要保證裝水的桶是密封的,并且在這個桶之中,還需要存在著可以維持液態水存在的常溫常壓。

從水的三相圖可以看到,在壓強低于611.73Pa的環境中,水就只能以固態和氣態這兩種形式存在,而決定水固態還是氣態的條件,則是溫度。需要知道的是,月球表面的溫度很不均勻,所以把水倒在月球上的不同區域,情況也會各不相同。

與地球一樣,月球也可以分為「晝半球」和「夜半球」,其「晝半球」在太陽的炙烤下,溫度可以高達160℃,在如此高溫的環境中,如果我們把裝水的密封桶打開,那桶里面的水就會迅速氣化,這就會使桶中的壓力迅速提升,在這種情況下,大量的水蒸氣和液態水的混合物就會像火山噴發一樣從桶中洶涌而出,場面可能會很壯觀。

在接下來的很短一段時間內,原本在桶中的水就會全部氣化,我們可能還來不及做出「倒水」這個動作,手里的桶就已經空了。

另一方面來講,月球的「夜半球」無法得到來自太陽的熱量,在此基礎上,又沒有大氣層為其提供「保溫」作用,所以這里的溫度就很低,可以低至零下180℃。

由于我們裝水的桶內是常溫常壓,其中的水還是具備一定的溫度,因此當我們在「夜半球」打開裝水的密封桶時,桶中的水不會馬上凍結成冰,而是會先氣化,所以大量的水蒸氣和液態水的混合物依然會從桶中洶涌而出,在此之后,它們又會在低溫的環境中迅速凝結成大量的小冰晶。

因為這個過程需要一定的時間,所以我們是有機會做出「倒水」這個動作的,而如果我們真的這樣做了,并且我們倒水的動作還很大,那我們就會看到倒出的水很快就變成一大團小冰晶,然后在月球引力的作用下紛紛揚揚地灑向月球表面,堪稱是月球版的「潑水成冰」,與月球的「晝半球」相比,這種場面可能會更壯觀。

值得一提的是,在月球上絕大部分區域中,這些小冰晶都不會存在。這是因為月球是有自轉的,只不過它自轉一圈的時間剛好與它圍繞地球公轉一圈的時間相等。這也就意味著,月球上存在著晝夜交替,當「夜半球」轉變成「晝半球」時,這些小冰晶就會直接升華成水蒸氣。

另一方面來講,水蒸氣也無法在月球上長期存在,這主要有兩個原因,一個原因是月球的引力相對較小,不能有效地束縛住水蒸氣,另一個原因則是,月球沒有磁場和大氣層的保護,長驅直入的太陽風會不斷地將水蒸氣「吹」走,與此同時,來自太陽的短波輻射還會破壞水分子的化學鍵,使其「光解」成氫和氧。

不過由于月球的自轉軸幾乎垂直于地球圍繞太陽公轉的軌道平面(傾角約為1.5度),在月球兩極的凹地中(如隕石坑),其實存在著一些太陽風和陽光一直無法觸及的、溫度極低的「永久陰影區」,因此假如我們把這桶水倒在這些區域中,它們就能夠以固態的形式長時間地存在于月球上。

實際上,在過去的探測工作中,科學家早已發現月球兩極的「永久陰影區」中存在著大量的水冰,所以如果我們未來想要在月球上建設基地,就可以直接在月球上獲取到水資源。

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