Indovinate, in quale luogo c'è un "mare" ma non c'è acqua? La Luna. Dai Mare della Pioggia, del Silenzio e della Chiarezza, al Mare dell'Abbondanza e del Nuvolo, passando per Aridiae Valles fino a Bay of Rainbows e Oceanus Procellarum, la Luna è piena di nomi legati all'acqua. Tuttavia, le rocce lunari raccolte durante il programma Apollo statunitense del XX secolo erano estremamente secche, persino più delle zone più aride della Terra. Quindi, a parte i nomi, la Luna e l'acqua sembrano non avere alcuna relazione.
La conseguenza diretta di ciò è che la possibilità di stabilire una base lunare a lungo termine o permanente sembra remota. L'acqua è un vettore di idrogeno e ossigeno molto efficiente, facile da usare e immagazzinare, e può soddisfare i bisogni quotidiani degli esseri umani, oltre a produrre propellenti per razzi e fornire carburante ai sistemi di trasporto tra Terra e Luna. Immaginate gli astronauti che lavorano sulla Luna per diversi giorni senza poter fare una doccia! Senza acqua, la costruzione e il funzionamento di una base lunare richiederebbero di trasportare acqua dalla Terra, un'operazione troppo costosa.
Tuttavia, al momento, la risposta a questo enigma potrebbe non essere del tutto corretta. A differenza dell'angolo di 23,5° tra eclittica ed equatore terrestre, l'angolo tra eclittica ed equatore lunare è solo di circa 1,5°. La configurazione dell'asse di rotazione quasi perpendicolare all'eclittica fa sì che alcune zone ai poli lunari possano essere in perenne oscurità. La sonda giapponese "Kaguya" ha scoperto che ai poli lunari esistono effettivamente zone di oscurità permanente. Lì, la temperatura si mantiene a circa 50 K (-223°C) e queste zone sono ironicamente chiamate "trappole fredde". Di conseguenza, l'acqua ghiacciata portata sulla Luna dagli asteroidi si accumula e si conserva nelle trappole fredde.
Da quasi mezzo secolo, gli astronomi discutono della possibile presenza di ghiaccio sulla Luna. Tuttavia, solo all'inizio degli anni '90 si sono avuti i primi indizi, provenienti inaspettatamente da un ambiente ancora più ostile della Luna: Mercurio. Gli astronomi, utilizzando radar per esplorare la superficie di Mercurio, hanno ricevuto echi dalle zone ombreggiate dei crateri ai poli del pianeta. Le caratteristiche di questi echi suggerivano la presenza di uno spesso strato di ghiaccio.
Influenzati da questa "buona notizia", nel 1994 gli scienziati hanno installato un radar sulla sonda lunare statunitense "Clementine". Quando questa ha sorvolato il polo sud lunare, i segnali riflessi hanno "indicato" la presenza di ghiaccio. Tuttavia, molti hanno espresso dubbi al riguardo.
Nel 1998, la sonda statunitense "Lunar Prospector", dotata di un neutron spectrometer, ha misurato l'energia dei neutroni prodotti dalla radiazione cosmica che colpiva la superficie lunare. Se questi neutroni si scontravano con gli atomi di idrogeno nello strato superiore del suolo lunare, la loro velocità diminuiva notevolmente. Misurando il rapporto tra neutroni veloci e lenti, ha dimostrato in modo convincente che le zone polari della Luna sono ricche di atomi di idrogeno, molto probabilmente provenienti dal ghiaccio mescolato nel suolo lunare.
Negli ultimi anni, la Luna è stata oggetto di una nuova ondata di esplorazioni. La sonda lunare statunitense "Lunar Reconnaissance Orbiter" ha scoperto che le zone ombreggiate dei crateri polari lunari hanno una temperatura di soli 240°K. Questa temperatura non solo consente di conservare ghiaccio d'acqua o di idrogeno per miliardi di anni, ma rende queste zone ombreggiate le più fredde del Sistema Solare. Ha inoltre rilevato segnali di acqua nei crateri vicino al polo sud lunare, che erano più forti del previsto.
La prova decisiva dell'esistenza di ghiaccio d'acqua nelle zone ombreggiate dei crateri polari lunari è arrivata dalla sonda statunitense attiva "Lunar Crater Observation and Sensing Satellite", composta da due parti.Lo studio è stato completato. La parte più grande è costituita dal secondo stadio del razzo "Cosmos-5", denominato "Centauro", mentre l'altra parte è costituita dal sonda "Shepherd". Il 9 ottobre 2009, il razzo "Centauro" si è schiantato sul cratere Carpini, situato al Polo Sud della Luna, a una velocità superiore ai 2,4 km/s. La sonda "Shepherd" ha effettuato un'osservazione della scena per circa 4 minuti. Quando gli atomi e le molecole vengono eccitati, rilasciano radiazioni di una specifica lunghezza d'onda, che possono essere rilevate da uno spettrofotometro. Gli spettrofotometri a infrarossi, visibili e ultravioletti della sonda "Shepherd" hanno rilevato i detriti dell'impatto. Lo spettrofotometro a infrarossi ha rilevato segnali di acqua, mentre lo spettrofotometro ultravioletto ha rilevato ioni idrossido. La sonda ha rilevato un totale di 95 litri di acqua. Questo dato rappresenta solo il limite inferiore della quantità totale di acqua presente nel cratere. Ulteriori analisi hanno dimostrato che nell'area sono presenti anche maggiori quantità di ghiaccio d'acqua.