和地球一样，月球南北两极的温度要比赤道地区低的多。由于月球表面布滿了大大小小的撞击坑，部分低洼的地形使得其终年见不到阳光，这些被称为永久阴影区。这些地区的温度最低可以达到250℃，如果存在水的话，那将会以水冰的形式稳定地保存下来。这些理论假设在上世纪60年代就被科学家提出，并逐渐得到科学界的认可。一般认为这些地区的水冰主要来自彗星或者含有水冰的陨石，降落到永久阴影区后保存下来。例如科学家利用绕月遥感卫星发现在靠近南极点的谢克尔顿撞击坑存在非常强的激光反射信号，认为可能是表面存在水冰引起的。
　　月球南极地区最高和最低温分布
　　当然人类对月球水冰的探测还不止于此。继阿波罗探月热潮（1969～1972年美国先后将12名宇航员送往月球并采回382kg样品）以后，美国在上世纪90年代提出了重返月球的计划，并先后于1994年发射了克莱门汀探测器、1998年发射了月球勘探者号、2009年发射了月球勘探轨道器。印度也于2008年发射了月船一号探测器，其中搭载了由美国研制的月球矿物绘图仪专门用于探测月球矿物和水。这些任务分别采用雷达、中子谱、紫外、近红外等多种手段对月球极区进行了详细的探测。通过综合分析这些探测数据，科学家在月球的南极和北极均发现了潜在的水冰分布区域。而这些区域与永久阴影区的分布具有非常好的一致性。

　　大量水冰分布信号的发现极大地鼓舞了科学家，也激发了他们想要证实水冰存在以及确定其含量的热情。最直接的手段就是挖掘出这些区域的土壤，然后测出水冰的含量。2009年6月18日，美国发射了月球撞击坑观测和遥感卫星（简称LCRoss），并于同年10月9日成功撞击了位于月球南极的凯布斯撞击坑。科学家利用其搭载的可见一近红光谱仪和极紫外/可见光相机分析溅射物的成分，发现了水冰且含量高达5.4%。由此证实了月球极区永久阴影区存在水冰的遥感观测。
　　中国在月球探测任务方面也正在稳步推进。预计在未来的月球探测和月球基地建设任务中，月球南极是一个很重要的目标。那里分布的水冰除了具有重要的科研价值外（通过分析水冰中氢、氧的同位素组成，可以帮我们认识月球水的来源、太阳系早期水的组成和演化等），还是为宇航员提供水和氧气资源的重要保障。（编辑/高纬时）