月球是离地球最近的天然星球，自古以来我们对月球一直抱有浓厚的兴趣，并想象在月球上生活。如果要在月球上建立长期生活基地，就需要在月球上找到维持人类长期生活所必需的各种资源，其中最重要的莫过于水了。如果月球上没有水，我们就必须携带大量的水前往月球。计算表明，运送1千克物资到月球的成本约1万美元，成本太高了。
月球存在水的设想最早是由美国科学家沃顿等于1961年提出来的。他们认为，月球极区的一些撞击坑底部可能处于太阳照射不到的永久阴影区，温度将常年维持在-233℃左右。月球形成过程中产生的水、彗星和小行星撞击月球携带的水，在这样的低温下可能会以水冰的形式在漫长的地质历史中保存下来。
在人类重返月球之前，可采用多种方式来遥感探测究竟是否存在水冰，中子探测法是其中最为成熟简便的方法之一。将中子发射器安装在绕月球飞行的月球飞船上，向月球表面发射中子，探测被反射回来的中子，就可以了解月球上的氢元素的含量，从而间接探测出水。
探月卫星上的中子散射仪
月球没有大气，探测器发出的中子与月球表面碰撞，产生新的中子，这些中子一部分直接逃离月球，而另一部分射入月球表面物质中，与其他原子碰撞。如果这些中子碰撞的是重原子，碰撞后中子的速度基本保持不变，就像乒乓球碰到静止的西瓜，乒乓球会以接近原来的速度反弹回来一样，这类中子叫“超热中子”，热中子是指中子的速度很大。如果中子所碰撞的是与其质量几乎相等的氢原子，中子的速度会明显减慢，能量剧减。
月球陨坑观测和遥感卫星
月球南极
如果在月球的某一个区域含氢量比较高，那么在这个区域中运动的中子，在它从月球表面逃逸进宇宙过程中，其速度会由于碰撞而迅速降低，能量锐减，这类中子叫作“热中子”。如果探测器发现从月球某个区域反射回来的超热中子数量下降，热中子数量增多，说明这个区域存在一定含量的氢元素，而氢是组成水的重要元素，这个区域中就可能存在水。再进一步分析这些氢元素的存在形式，就能推断出该区域是否存在水冰。
中子探测法的优点是能探测月球表面较深（0.5～1米）的区域，如果结合伽马射线探测仪对土壤元素和成分的分析，能达到很高的精度。因此很多月球探测器都安装了中子探测器。1998年1月7日美国发射的“月球勘探者号”探测器的探测结果表明，月球两极地区存在丰富的氢，其中北极的氢信号更强，据此分析，月球极区很可能含有丰富的水冰。这些分散在各处、被禁锢起来的水在月壤中的含量约为0.1%～0.3%，主要以冰粒的形式存在于月面干燥的土壤中，深度约为月表40厘米深处，总面积约为1850平方千米，总储量约66亿吨。
找到了水冰，下一步就可以考虑将来如何利用它们了。
