关键在于氢，而不是氧
中子的质量与氢原子核（即单个质子）大致相同。快中子撞上氢原子时，一次碰撞就能把很大一部分能量传递出去，就像一颗台球撞上另一颗同样大小的台球。反复碰撞会使中子不断减速，直到达到热能，也就是那种在原子之间游荡、容易被俘获的低速状态。按原子数量计算，水中有三分之二是氢，而且氢排列得很密集，因此水是发生这种减速过程的高效场所[1][3]。
水中的氧对这种减速过程作用较小。证据表明氢才是关键角色：研究人员在模拟中子如何在火星土壤中消失时，特别需要关于液态水和冰中结合的氢如何散射中子的数据，而这些细节会改变推断出的含水量[1]。这说明驱动中子行为的是水中的氢，而不是整个水分子。
减速只是一半，俘获才完成全过程
所谓良好的吸收剂，其实包含两个步骤：先让中子减速，再把它俘获。水在第一步上表现出色。至于第二步，俘获本身常常发生在氢上，但其他元素的俘获能力可能强得多。一项探测器研究指出，氯-35的热中子吸收截面比氢最多可大两个数量级，这就是为什么在水探测器中加盐能增强俘获信号[3]。在纯水中，由氢来完成俘获，但速度很慢。
这种两步过程解释了为什么水既能用作屏蔽材料，又能用作探测介质。在用于中子剂量测量的充水模体中，中子通量穿过水后大约下降了四十倍，从约4.0 × 10^8降至1.0 × 10^7个中子每平方厘米每秒[4]。这是一个具体指标，说明不太厚的一层水就能多么有效地把中子从束流中移除。
为什么这让我们能从轨道上和火星上找到水
当科学家寻找水时，同样的物理过程会反过来发挥作用。在火星上，“好奇号”火星车的DAN仪器向地面发射中子，并观察它们如何消失；土壤中的水会以可识别的模式减慢并吸收中子，让研究人员能够估算水当量氢[1][2]。在盖尔陨石坑一段27公里的行进路线上，这些测量显示，许多岩石单元中的水当量氢按重量计平均约为2%至3%，而在后来几个单元中超过3%[2]。
这种方法足够灵敏，以至于建模细节都很重要。使用水和冰中氢的低温数据和热散射数据，通常会提高推断出的含水量，并改变对其他中子吸收剂的估计[1]。这并不意味着此前的估计是错的；它意味着水中的氢散射中子的方式是信号中真实且可测量的一部分，把它处理正确会改变数值[1]。
水是出色的慢化剂，却不是最强的俘获剂
有必要区分水的两种名声。由于氢的密度高，水是出色的慢化剂和实用的屏蔽材料，但按每个原子计算，它并不是最强的中子俘获剂。氯等元素俘获热中子的能力要强得多[3]。这就是为什么火星土壤研究把水和氯作为两种分别与中子相关的成分来追踪，而不是把水当作全部答案[2][5]。
在盖尔陨石坑的格林休地区，DAN仪器测量了浅层地下约50厘米深处的水当量氢和吸收当量氯[5]。两者分别报告这一事实反映了背后的物理机制：水中的氢决定中子如何减速，而氯等其他元素决定中子最终如何被俘获。水之所以赢得这样的名声，主要是因为它富含氢，而且非常擅长让中子减速。
本文引用的文献
热中子散射和温度变化对利用中子动态反照率估算火星含水量的影响
在模拟火星土壤中子消失过程时，使用水和冰中氢的低温数据和热散射数据，通常会提高推断出的水当量氢，并改变对中子吸收剂的估计。
根据DAN测量结果分析NASA“好奇号”火星车27公里行程沿线火星地表下的水和氯：2. 不同地质区域的结果
沿盖尔陨石坑27公里路线进行的DAN测量显示，许多单元中的水当量氢平均约为2–3 wt.%，后来几个单元超过3 wt.%，而吸收当量氯全程接近1%。
用于土壤水分检测的增强型水切伦科夫探测器
掺NaCl的水切伦科夫探测器可以测量热中子以用于土壤水分传感，而氯-35的热中子吸收截面比氢最多可大两个数量级。
测定充水模体对象中超热中子的吸收剂量
在充水模体中，超热中子通量在透射后从约4.0 × 10^8降至1.0 × 10^7 n·cm⁻²·s⁻¹，表明水对中子有很强的衰减作用。
利用DAN仪器研究盖尔陨石坑格林休地区的水和氯浓度
在盖尔陨石坑格林休地区进行的DAN测量评估了约50厘米深度浅层地下的水当量氢和吸收当量氯。