猜猜看，有哪些地方有「海」却沒有水？月球。从雨海、静海、澄海，到丰富海、云海，再到阿里亚德溪、虹湾、风暴洋，月球上到处都是和水有关的地名。但 20 世紀的美國「阿波羅計畫」采集回來的月球岩石异常干燥，比地球上最乾涸的沙漠还要厉害。因此，除了地名之外，月球和水似乎再無任何關係。
這個直接後果是，在月球上建立長期甚至永久基地的可能性變得渺茫了。因為水是一种非常高效、易于使用和储存的氢、氧载体，它可以维持人类的日常需求，用来生产火箭推进剂，为地球和月球之间的运输系统提供燃料。試想一下，在月球上工作了好多天的宇航員們無法洗個澡是什麼样的情形？月球上沒有水，要建設和運作月球基地，就必須從地球上運水過來，这个成本实在太高了。
但從目前来看，之前那个谜语的答案似乎並不十分準確。與地球近 23.5°的黄赤交角不同，月球的赤道與黄道的交角只有大約 1.5°。自转轴幾乎垂直於黄道面的構造，使得月球兩極的一些地區可能处于永久的黑暗之中。日本的“月亮女神”探測器發現，月球兩極確實存在永久阴影區。那里温度保持在大約 50 開氏度（-223℃），被形象地稱為 “低温陷阱”。其結果是，由陨石帶到月球上的水冰會在低温陷阱中積累并被永久保存。
事實上，近半個世紀前，天文学家就開始争論月球上可能有冰。但直到 20 世紀 90 年代初才有了些许眉目，而它發現的地點出乎意料地比月球環境更加恶劣的水星。當時，天文学家使用雷達探測水星的地貌，接收到來自水星兩極環形山永久阴影區的回波。从回波的特性来看，似乎那里存在一層厚厚的冰层。
受這個 “利好” 消息的影响，1994 年，科學家在美國 “克莱門汀” 月球轨道器上安裝了一個雷達。当它飞越月球南极上空时，反射回来的信号也 “暗示” 了冰的存在。然而，很多人對此存有疑問。
1998 年，美國 “月球勘探者” 探測器专门携带了中子谱仪，用于测量宇宙線撞击月球表面的中子能量。如果这些中子在飞向探測器的过程中与月球土壤上层的氢原子碰撞，那么它们的速度就会大大降低。通過測量快中子和慢中子的比例，他令人信服地证明月球两极地区富含氢原子，而這些氢原子极有可能是來自混入月球土壤中的冰。
近年來，月球迎來了新一輪的探測熱潮。美國 “月球勘測轨道飞行器” 發現月球極地環形山永久阴影區的温度只有 -240℃。這個温度不但可以存储水冰或氢数十億年，而且還使這些永久阴影區成為太陽系中最寒冷的地方。它还在月球南极附近的環形山中探測到了水的信号，而且信号比預期要強得多。
月球兩極環形山永久阴影區中是否存在水冰的決定性證據，來自美國主动撞击月球的“月球环形山观察和传感卫星”。它由兩部分組成，一部分负责撞击月球并测量撞击后的结果，另一部分负责观察撞击后的结果。结果发现撞击后的月球表面确实形成了水冰。成功了。其中绝大部分是「宇宙神」5 型火箭的二級火箭「半人马座」，另一部分則是「牧羊人」探測器。2009 年 10 月 9 日，「半人马座」火箭以每秒超過 2.4 千米的速度撞擊了月球南極的卡比奥陨石坑。「牧羊人」探測器對此進行了約 4 分鐘的觀察。当原子和分子被激發時，它們會發出特定波長的輻射，这些辐射可以被分光计探测到。「牧羊人」上的近红外、可见光和紫外分光计探测到了撞击物抛射物。红外分光计探测到了水的信号，紫外分光计则探测到了氢氧根。此次探测共发现了 95 升水。这个数字仅是陨石坑中总储水量的下限，进一步分析表明那里还有更多的水冰。