Adivinhe, onde há um "mar", mas não água? Na Lua. Desde o Mar da Chuva, o Mar da Serenidade e o Mar da Claridade, até o Mar da Fertilidade e o Mar das Nuvens, passando pelo Vale de Ariaadne e as Baías do Arco-Íris e do Tempestade, a Lua está repleta de nomes relacionados com a água. No entanto, as rochas lunares recolhidas durante a missão Apollo dos EUA no século XX eram extremamente secas, ainda mais secas do que os desertos mais áridos da Terra. Assim, para além dos nomes, a Lua e a água parecem não ter outra ligação.
Esta consequência imediata torna a possibilidade de construir uma base permanente, ou mesmo de longo prazo, na Lua praticamente impossível. A água é um transportador de hidrogénio e oxigénio muito eficiente, fácil de usar e armazenar, capaz de sustentar as necessidades humanas diárias, produzir propulsantes para foguetões e abastecer o sistema de transporte entre a Terra e a Lua. Imagine um astronauta que trabalhou na Lua durante vários dias sem poder tomar um duche! Sem água na Lua, construir e operar uma base lunar exigiria transportar água da Terra, o que seria extremamente dispendioso.
No entanto, talvez a resposta ao enigma anterior não seja tão precisa como se pensava. Ao contrário do ângulo de inclinação da Terra de cerca de 23,5°, o ângulo de inclinação do eixo de rotação da Lua em relação ao eixo orbital é de apenas cerca de 1,5°. A configuração do eixo de rotação quase perpendicular ao plano orbital faz com que algumas regiões nos pólos lunares possam estar na escuridão permanente. A sonda japonesa Kaguya descobriu que existem zonas de sombra permanente nos pólos lunares. Lá, a temperatura permanece a cerca de 50 K (-223°C), sendo carinhosamente apelidada de "armadilha de frio". Como resultado, o gelo de água trazido por meteoritos para a Lua acumula-se e é preservado nestas armadilhas de frio.
Na verdade, há quase meio século que os astrónomos debatem a possibilidade de existir gelo na Lua. Mas só no início da década de 1990 é que surgiram algumas pistas, provenientes inesperadamente de um ambiente ainda mais hostil que a Lua: Mercúrio. Naquela época, os astrónomos usavam radares para explorar a superfície de Mercúrio e receberam ecos de zonas de sombra permanente nos seus crateras polares. A partir das características desses ecos, parecia existir uma camada espessa de gelo.
Influenciados por esta "boa notícia", em 1994 os cientistas instalaram um radar na sonda lunar americana Clémentine. Quando esta passou sobre o Pólo Sul da Lua, os sinais reflectidos "sugeriram" a presença de gelo. No entanto, muitas pessoas duvidaram disso.
Em 1998, a sonda lunar americana Lunar Prospector transportava um espectrômetro de neutrões, destinado a medir a energia dos neutrões produzidos pela radiação cósmica quando atingiam a superfície lunar. Se estes neutrões colidissem com os átomos de hidrogénio na superfície superior do solo lunar, a sua velocidade diminuiria consideravelmente. Ao medir a proporção de neutrões rápidos e lentos, ele demonstrou de forma convincente que as regiões polares da Lua eram ricas em átomos de hidrogénio, muito provavelmente provenientes de gelo misturado no solo lunar.
Nos últimos anos, a Lua tem sido alvo de uma nova onda de exploração. A sonda lunar americana Lunar Reconnaissance Orbiter descobriu que as temperaturas nas zonas de sombra permanente dos crateras polares lunares eram de apenas -240°C. Esta temperatura não só permite armazenar gelo de água ou hidrogénio durante milhares de milhões de anos, como também torna estas zonas de sombra permanente os locais mais frios do Sistema Solar. Também detectou sinais de água nas crateras próximas do Pólo Sul da Lua, e estes sinais eram mais fortes do que o esperado.
A evidência decisiva da existência de gelo de água nas zonas de sombra permanente dos crateras polares lunares veio da sonda lunar americana Lunar Crater Observation and Sensing Satellite, ativa. Esta consistia em duas partes:Bem-sucedido. A maior parte era o segundo estágio do foguete "Centauro" do "Deus do Universo" Tipo 5, e a outra parte era o detector "Pastor". Em 9 de outubro de 2009, o foguete "Centauro" colidiu com o anel de crateras Cabeus no polo sul da Lua a uma velocidade superior a 2,4 km/s. O detector "Pastor" observou o evento durante cerca de 4 minutos. Quando os átomos e as moléculas são estimulados, eles emitem radiação de comprimentos de onda específicos, que podem ser detectados por espectrógrafos. Os espectrógrafos de infravermelho próximo, visível e ultravioleta do "Pastor" detectaram os ejectos da colisão. O espectrógrafo de infravermelho detectou sinais de água, e o espectrógrafo ultravioleta detectou hidróxido de hidrogénio. A detecção revelou 95 litros de água. Este número é apenas o limite inferior da quantidade total de água na cratera, e análises adicionais indicam que há ainda mais gelo de água no local.