นับจากยุคที่การสำรวจดวงจันทร์เริ่มต้น นักวิทยาศาสตร์ได้ส่งยานอวกาศไปสำรวจนับสิบลำรวมถึงส่งมนุษย์ไปเดินบนนั้นและเก็บตัวอย่างหินดวงจันทร์กลับมาวิเคราะห์ ทำให้นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าดวงจันทร์เป็นดินแดนที่แห้งสนิท ไม่มีแหล่งน้ำ 

แต่การสำรวจดวงจันทร์ในยุคต่อมาซึ่งมีเครื่องมือวัดที่ไวและแม่นยำขึ้น เริ่มตรวจพบสัญญาณบางอย่างที่บ่งชี้ว่าบนดวงจันทร์อาจมีน้ำด้วย โดยเฉพาะจากการสำรวจของจันทรยานของอินเดียในปี 2551 และยานลูนาร์รีคอนเนสเซนส์ออร์บิเตอร์ของนาซาในปี 2552 


อย่างไรก็ตามการค้นพบดังกล่าวก็ยังไม่อาจชี้ชัดได้ว่าเป็นการค้นพบน้ำจริง เนื่องจากสิ่งที่พบคือการเปล่งแสงที่ความยาวคลื่น 3 ไมครอน ซึ่งสิ่งที่เป็นต้นเหตุอาจเป็นน้ำจริงหรืออาจเป็นไฮดร็อกซีลก็ได้ ไฮดร็อกซีลคือสารประกอบที่ประกอบด้วยไฮโดรเจนและออกซิเจนอย่างละหนึ่งอะตอม

นักวิทยาศาสตร์คณะหนึ่งที่นำโดย แคซีย์ ฮันนีบอล จากศูนย์การบินอวกาศกอดดาร์ดขององค์การนาซา ต้องการที่จะพิสูจน์ให้แน่ชัด จึงวางแผนสำรวจดวงจันทร์อีกครั้งในช่วงความยาวคลื่น 6.1 ไมครอน ซึ่งจะชี้ชัดได้ว่ามีน้ำจริงหรือไม่ เพราะมีเพียงพันธะ H-O-H ของน้ำเท่านั้นที่จะสร้างความถี่นี้ได้

แต่ปัญหาคือ การสำรวจในย่านความยาวคลื่นดังกล่าวจากหอดูดาวภาคพื้นดินทำไม่ได้เนื่องจากถูกไอน้ำในบรรยากาศโลกดูดกลืนไปจนหมด ส่วนยานอวกาศที่สำรวจดวงจันทร์อยู่ขณะนี้ก็ไม่มีดวงใดที่มีเครื่องมือที่สำรวจในช่วงความยาวคลื่น 6 .1 ไมครอน  นักวิทยาศาสตร์คณะนี้จึงต้องพึ่งหอดูดาวเพียงหนึ่งเดียวที่ทำได้ นั่นคือโซเฟีย

โซเฟีย (SOFIA) หรือชื่อเต็มว่า Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy เป็นหอสังเกตการณ์ลอยฟ้าของนาซา เป็นเครื่องบินโบอิ้ง 747 เอสพีดัดแปลง เจาะลำตัวด้านข้างและติดตั้งกล้องโทรทรรศน์อินฟราเรดขนาด 2.5 เมตร ขณะทำการสำรวจ โซเฟียจะบินอยู่ที่ระดับ 12 กิโลเมตรเหนือพื้นดิน ซึ่งอยู่ในบรรยากาศชั้นสตราโตสเฟียร์ ที่ระดับนี้ อากาศจะนิ่งและเบาบางมาก ไอน้ำในบรรยากาศที่ปิดกั้นรังสีอินฟราเรดเหลือเพียง 0.1 เปอร์เซ็นต์ ทำให้โซเฟียสำรวจท้องฟ้าในย่านอินฟราเรดได้อย่างมีประสิทธิภาพ


โซเฟียเคยค้นพบสิ่งสำคัญมาแล้วหลายด้าน เช่นค้นพบออกซิเจนในบรรยากาศของดาวอังคาร ค้นพบพันธะเคมีในอวกาศเป็นครั้งแรก และอื่น ๆ อีกมาก 


นักดาราศาสตร์คณะนี้ใช้กล้องถ่ายภาพอินฟราเรดชื่อว่าฟอร์แคสต์บนโซเฟียสำรวจบริเวณหลุมคลาเวียสและทะเลแห่งความสงบ (Mare Serenitatis) ผลปรากฏว่าพบเส้นเปล่งแสงของที่ความยาวคลื่น 6.1 ไมครอนจริง และพบในทุกจุดที่เลือกสำรวจ เป็นการสิ้นข้อกังขาใด ๆ ว่ามีน้ำบนพื้นผิวดวงจันทร์จริงหรือไม่ 

นักวิจัยคณะนี้ประเมินว่ามีน้ำอยู่ประมาณ 100-400 ส่วนในล้านส่วน นั่นหมายความว่าถ้าตักดินบนดวงจันทร์ขึ้นมา 1 ลูกบาศก์เมตร จะมีน้ำประมาณ 100-400 กรัม สอดคล้องกับข้อมูลที่สำรวจในช่วงคลื่น 3 ไมครอนก่อนหน้านี้



ที่น่าสนใจก็คือ น้ำที่พบนี้พบในบริเวณที่ละติจูดไม่สูงมาก หลุมคลาเวียสอยู่ที่ละติจูด 58 องศาใต้ ส่วนทะเลแห่งความสงบอยู่ที่ละติจูด 28 องศาเหนือ และขณะที่สำรวจอยู่ในช่วงข้างขึ้นแก่ ๆ ซึ่งพื้นที่ทั้งสองกำลังได้รับแสงอาทิตย์ นั่นหมายความว่าแม้แต่พื้นที่รับแดดบนดวงจันทร์ก็ยังมีน้ำได้ ก่อนหน้านี้นักดาราศาสตร์เคยเชื่อว่าน้ำบนดวงจันทร์จะพบได้เฉพาะก้นแอ่งบริเวณใกล้ขั้วทั้งสองซึ่งไม่เคยได้รับแสงแดดเท่านั้น

น้ำที่พบในครั้งนี้ไม่ได้อยู่ในรูปของทะเลสาบหรือบึงบนพื้นผิวดวงจันทร์ ไม่ว่าจะเป็นสถานะของเหลวหรือแข็งเป็นน้ำแข็ง เพราะเป็นไปไม่ได้ที่น้ำจะคงอยู่บนพื้นผิวดวงจันทร์ในพื้นที่ดังกล่าว น้ำจะระเหิดหายไปแทบจะทันทีที่ได้รับแสงแดด 

"เมื่อจุลอุกกาบาตพุ่งกระทบพื้นผิวดวงจันทร์ ความร้อนที่เกิดขึ้นจากแรงกระแทกจะทำให้หินทรายที่จุดกระทบนั้นหลอมละลายไปแล้วกลับมาแข็งตัวอีกอย่างรวดเร็วเป็นเม็ดแก้ว หากมีน้ำเกี่ยวข้องกับการชนนี้ เช่นอาจมากับจุลอุกกาบาต น้ำบางส่วนก็จะถูกกักไว้ในเม็ดแก้วที่เกิดขึ้นด้วย" ฮันนีบอลอธิบาย

การค้นพบนี้มีความสำคัญต่อโครงการสำรวจดวงจันทร์ในอนาคตอย่างมาก โดยเฉพาะองค์การนาซาที่มีแผนจะส่งมนุษย์กลับไปตั้งฐานที่อยู่อาศัยบนดวงจันทร์ในโครงการอาร์ทีมีส หากบริเวณใกล้ฐานบนดวงจันทร์มีแหล่งน้ำ ผู้อาศัยบนดวงจันทร์อาจสกัดเอาน้ำออกมาใช้ดื่มกิน เพาะปลูก หรือแม้แต่นำไปแยกด้วยไฟฟ้าเพื่อนำไฮโดรเจนไปใช้เป็นเชื้อเพลิงจรวดได้