同温层红外线天文台装载在一架被改装过的波音747SP飞机上（摄于2019年9月）

在猜测怀疑的基础之上，通过多年来一步步的探测，逐渐积累证据，改进探测方式，人类终于取得了决定性的证据，在月球被太阳照射的一面发现了水的痕迹。这一发现意义重大，因此迅速引起了全世界的关注。

2020年10月26日，来自美国航空航天局（NASA）的博士后研究员凯西·汉尼巴尔（Casey Honniball）与合作者共同在《自然·天文学》（Nature Astronomy）杂志上发表论文《同温层红外线天文台在被阳光照射的月球表面探测到分子水》（Molecular Water Detected on the Sunlit Moon by SOFIA），报告他们找到了月球被太阳照射一面存在水的切实证据。

之前人们已经了解，在月球背对太阳一面的阴影部分有冰存在。但是在朝向太阳的一面，人们曾经认为其暴露在真空中的土壤是完全干燥的，没有水存在。后来，月球土壤中也存在水的痕迹开始逐渐显现，但是始终缺少切实的证据。1969年，阿波罗计划的宇航员们首次从月球表面带回岩石样本。虽然月球岩石样本显示了可能有水存在的迹象，但当时人们认为这是因为样本受到了地球环境的污染，月球表面应该是完全干燥的。

同样在1969年，科学家利用高空气球对月球表面进行红外线探测时，也曾探测到水存在的证据，但是在乔治·亨特（Geroge Hunt）和约翰·索尔兹伯里（John Salisbury）于1969年共同发表的论文《关于对月球进行红外光谱观测的红外天文学讨论》（A Discussion on Infared Astronomy-Mid-Infrared Spectroscopic Observations of the Moon）中，并没有提到水的问题，只是提到了月球表面的矿物构成。

在随后为探测月球而进行的环绕和撞击任务中，人们发现月球被阴影覆盖的一些环形山区域有冰存在。在另外的探测计划中，人们发现在月球被太阳照射的区域，有某种形式的氢元素化合物存在，但是始终无法确定这种化合物是水。