水，作為地球上最常見的物質之一，幾乎是所有生命的不可或缺之物。人類在探索地外宜居地時，也一直都將液態(tài)水的存在作為重要評判標準。那么整個太陽系，甚至在更大的宇宙空間內(nèi)，是不是只有地球才存在水這種物質呢？答案是否定的。其實，廣義上的水分子在太陽系內(nèi)十分常見。
月球：封存黑暗區(qū)的“水庫”
月球是距離我們最近的天體，人類已經(jīng)對它無比熟悉了。長期以來，月球給我們的面貌都是荒涼空曠，空無一物的。但是，2020年，美國科學家通過安裝在一架波音飛機上的紅外望遠鏡，在月球的克拉維斯環(huán)形山附近探測到了水分子的存在。
通過SOFIA平流層紅外望遠鏡探測月球，表明月球存在水。圖源：NASA
月球南極區(qū)域的低溫暗區(qū)（藍色區(qū)域）可能存在冰
隨著更進一步的研究表明，月球表面水分子的分布可能超乎人們的想象。由于月球表面很大一部分區(qū)域處于永久的黑暗區(qū)，不受太陽輻射?？茖W家計算表明這些區(qū)域溫度極低，可能存在由水凝結的冰。
月球表面存在大量水這一科學發(fā)現(xiàn)，無疑有著重要的意義。因為未來人類需要建立月球基地以便于探索外太空，如果能在月球表面提取水資源而不用從地球輸運，必然將大大節(jié)省人類探索外太空的成本，為更多的航天員旅居月球提供基本保障。
火星：冰層下隱蔽的液態(tài)湖
火星是距離地球最近，也是最接近地球環(huán)境的一顆行星。近半個世紀以來，人類已經(jīng)對火星進行了僅次于月球的全面探測，迄今為止發(fā)射了幾十個探測器或繞火星飛行，或直接登陸火星。
火星表面受水流侵蝕形成的河 圖源：歐洲航天局
1971年，美國水手9號火星探測器進入火星軌道，人類第一次看到火星表面的河床、峽谷等有著明顯的水流侵蝕印記，因此也第一次間接證明火星至少以前存在大量液態(tài)水。
火星表面的裸露巖石和地球溪流中的鵝卵石 圖源：NASA
21世紀初，美國和歐洲航天局通過對火星南北兩極的高清拍攝，讓人們更清晰地看到了火星上固態(tài)冰的存在。這讓科學家更加確信火星上存在著以固態(tài)冰形式存在的大量的水。
2018年，意大利科學家報告探測到了火星南極冰層下約1.5千米處有一個直徑19千米的液態(tài)湖。這是人類首次在火星表面發(fā)現(xiàn)液態(tài)水，這同時也意味著在火星的冰層下，可能有更多的液態(tài)水的存在。
木星衛(wèi)星：被液態(tài)咸海洋包裹
歐羅巴（Europa），俗稱木衛(wèi)二，是太陽系最大行星木星的一顆衛(wèi)星，體積僅略小于月球。木衛(wèi)二于1610年被伽利略發(fā)現(xiàn)，直到1979年旅行者號探測器掠過木星，人們才第一次看清了這顆衛(wèi)星的樣子。
歐羅巴（木衛(wèi)二）表面
木衛(wèi)二的結構示意圖 圖源：NASA
木衛(wèi)二表面密集的切紋和極度光滑的特征暗示其表面可能有冰層覆蓋。隨后在21世紀初，伽利略號探測器對木衛(wèi)二進行更進一步的探測，間接表明其內(nèi)部可能存在全球性的液態(tài)海洋。2012年，哈勃空間望遠鏡觀測到了木衛(wèi)二大氣層中的白色漂浮團塊，初步懷疑是水蒸氣。直至2020年，科學家通過分析木衛(wèi)二的紅外線探測結果，證實其大氣存在水蒸氣，這也是木衛(wèi)二存在水的直接證明。目前的研究基本認定，木衛(wèi)二冰層10千米~30千米下，是深度可能達100千米的液態(tài)咸海洋。這個海洋幾乎圍繞了整個木衛(wèi)二，其液態(tài)水的體積加起來可能是地球海洋容量的數(shù)倍。
2014年，哈勃空間望遠鏡通過探測蓋尼米得（Ganymede）——木衛(wèi)三的極光活動，表明木衛(wèi)三冰層下存在一個全球性的咸海洋，帶動了衛(wèi)星磁場的抖動，進而影響極光活動。作為太陽系最大的衛(wèi)星，木衛(wèi)三半徑達2631千米，接近火星。與木衛(wèi)二類似，它的表面也覆蓋著冰層。不過不同的是，木衛(wèi)三冰體物質更為復雜，可能含有氨、碳類、硫類等化合物。冰層下，也是一個深度可達100千米的液態(tài)咸海洋。
彗星：水蒸氣噴出的彗尾
彗星67P表面的冰物質（箭頭所指的白色物質）圖源：《自然》
太陽系內(nèi)眾多的彗星，是水冰、巖屑塵埃的結合物。當彗星掠過太陽時，封存的冰會蒸發(fā)成水蒸氣，從巖屑孔縫中噴出，形成我們見到的彗尾。越來越多的證據(jù)表明，太陽系內(nèi)，水這一物質是較為普遍的一種存在。
水，是生命萬物的必需物質。地外的水、冰，甚至液態(tài)海洋，一方面為地球水的起源提供了重要參考價值，另一方面也為人類未來可能的星際探索提供了基本保障。同時，地外水物質的分布也為人類探索地外生命指明了方向。（作者單位：中國科學院國家天文臺）
