用“阴影相机”寻找月球永久阴影区的表层水冰

本文利用韩国探月轨道器（KPLO）搭载的ShadowCam相机获取的高分辨率、高信噪比可见光图像，对月球两极永久阴影区（PSRs）表面水冰开展了迄今最精细的光学搜寻。研究基于水冰两大独特光学特性：一是比普通月壤明显更高的可见光反照率，二是更强的前向散射能力（即光线更易沿入射方向反射）。研究人员首先通过实验室实验和辐射传输建模，确定了ShadowCam的探测极限：利用反照率增强效应，可可靠识别含量约20–30%以上的水冰；而利用前向散射特征，探测灵敏度更高，理论上可达约5%左右（因仪器辐射定标精度达5%）。研究团队系统分析了覆盖全部PSRs的ShadowCam影像，发现绝大多数明亮区域（如巨石、新鲜撞击坑、喷出物等）均源于其本身未风化或朝向光源的几何效应，并非水冰所致——这类亮斑在低纬度临时阴影区同样存在，证实其与水冰无关。真正值得关注的是少数“高反照率异常区”：它们尺寸约10–20米，亮度稳定比周围高出50–60%，且无法用已知地质特征（如巨石、新鲜坑、滑坡）解释；同时，在部分区域还观测到明确的前向散射信号（即相位角增大时亮度反而升高），这与水冰的物理特性高度一致。例如，在Cabeus PSR内一处小撞击坑旁，一个亮点在前向散射分析中表现出显著异常，其温度环境（约92K）也足以长期保存水冰。综合判断，这些零星迹象暗示月球PSRs中可能存在低丰度、弥散分布的水冰，而非此前设想的大面积高纯度冰盖。这一结论与以往稀疏探测结果（如LAMP、M3）相互印证，也解释了为何月球水冰远少于水星和谷神星——后者拥有更丰富的水源（如地下渗漏）或更优的保存条件。文章最后指出，当前探测受限于空间分辨率和相位角覆盖，未来需更多多角度立体成像及更低探测限（<1%）的任务，才能最终厘清月球水冰的真实分布图景。