Skąd bierze się woda w Księżycowej glebie?

Woda na Księżycu nie kryje się jedynie w lodowych skałach nietkniętych przez promienie słoneczne, ale znajduje się także pod powierzchnią naszego naturalnego satelity. Na swój sposób płynie ona poprzez warstwy księżycowego regolitu jak tylko robi się gorąco. Ruch cząsteczek wody zaobserwowali naukowcy z Southwest Research Institute oraz Planetary Science Institute za pomocą sondy Lunar Reconnaissance Orbiter, krążącej wokół Księżyca.

Migrująca woda w księżycowym regolicie

Obecność lodu wodnego na Księżycu potwierdzona została ostatecznie w 2009 roku, kiedy przeanalizowano i sprawdzono dane zebrane przez indyjską misję Chandrayaan-1. W tym samym czasie sonda LCROSS uderzyła w ścianę krateru Cabeus na biegunie południowym Księżyca i w wyrzuconym pyle wykryto obecność cząsteczek wody. Jak pokazują najnowsze odkrycia, księżycowy grunt także zawiera mierzalne ilości tej wartościowej substancji. Woda jest szczególnie powszechna w wyższych szerokościach geograficznych Księżyca.

Naukowcy z SwRI i PSI w swoich badaniach skorzystali z instrumentu LAMP (Lyman Alpha Mapping Project) obecnego na pokładzie sondy LRO. Zaobserwowana przez nich rzadka warstwa molekuł wody ma tendencję do przemieszczania się w księżycowym gruncie. Wyniki badań opublikowano w czasopiśmie „Geophysical Research Letters”.

Kiedy dochodzi do słonecznego południa, a temperatura osiąga swoje najwyższe wartości, ponad 120 stopni Celsjusza, cząsteczki wody uciekają do chłodniejszych obszarów. Jeśli te warunki nie zostaną osiągnięte, molekuły pozostają ściśle związane z regolitem. Z tego powodu obserwacje samego zjawiska są utrudnione i możliwe jedynie w czasie krótkiego okna, raz na miesiąc. Jedne cząsteczki pod wpływem ciepła ulegają desorpcji i przemieszczają się w chłodniejsze warstwy regolitu, a inne zasilają rzadką atmosferę Księżyca.

Doktor Michael Poston z SwRI, członek zespołu badaczy LAMP, przeprowadzał już wcześniej eksperymenty związane z wodą oraz próbkami księżycowego regolitu przywiezionymi na Ziemię przez załogi misji Apollo. Dzięki tym badaniom udało się określić ilość energii, która jest potrzebna, aby molekuła wody odczepiła się od regolitu i mogła swobodnie między nim się przemieszczać. Zrozumienie tego zjawiska może w przyszłości pozwolić na ekstrakcję z księżycowego gruntu wody dla astronautów i na paliwo rakietowe.

Wyniki te pozwalają nam zrozumieć cykl wody na Księżycu i ostatecznie pomogą określić, jaka wiele wody ludzie mogliby wykorzystać w ramach przyszłych misjach na Księżyc. Jej dostępność na miejscu może sprawić, że przyszłe misje załogowe będą bardziej zrównoważone i przystępniejsze ekonomicznie. Księżycowa woda mogłaby być wykorzystana przez ludzi przy produkcji paliwa czy jako tarcza przed promieniowaniem. Jeśli nie trzeba by zabierać tych elementów z Ziemi, misje kosztowałyby o wiele mniej.

Amanda Hendrix, PSI

Skąd bierze się woda na Księżycu?

Naukowcy z SwRI i PSI postawili hipotezę, że niesione przez wiatr słoneczny jony wodoru oddziałują z tlenem zawartym w tlenku żelaza znajdującym się w regolicie i stąd bierze się większość wody powierzchniowej na Księżycu. Zgodnie z tą teorią, ilość wody powinna maleć, kiedy nasz satelita jest osłonięty przez Ziemię i chroniony przed wiatrem słonecznym przez jej pole magnetyczne. Dane z LAMP tego jednak nie potwierdzają, co sugeruje, że woda na powierzchni gromadzi się z czasem, a nie opada na nią wraz ze „słonecznym deszczem”.

Inną hipotezę pochodzenia wody przedstawili naukowcy z Centrum Lotów Kosmicznych Goddarda z NASA. Wiatr słoneczny składa się przede wszystkim z wysokoenergetycznych protonów, które hamując w powierzchni, miałyby łączyć się ze znajdującymi się w regolicie elektronami w atomy wodoru. Jednocześnie bombardowanie z naszej gwiazdy powoduje przerwanie wiązań chemicznych w kwarcu, rozdzielając atomy tlenu i krzemu. Kiedy tlen napotyka wodór, łączą się w grupę hydroksylową OH – komponent wody lub jej molekułę. Ostatni etap tego procesu wymaga jednak jeszcze lepszego zbadania.

Możliwość pozyskania wody z lodu znajdującego się w kraterach, ale również jej ekstrakcji z regolitu byłaby pomocna dla wypraw załogowych eksplorujących naszego satelitę. W 2020 roku w kierunku Księżyca ma wyruszyć sonda NASA Lunar IceCube, która zbada dokładnie rozmieszczenie złóż wody na powierzchni. Realizacja misji jest obecnie niepewna, LIC miała zostać wyniesiona w kosmos przez rakietę SLS, której przyszłość stoi pod znakiem zapytania.