Kompleksowa analiza map Księżyca ujawniła wiele źródeł wody na różnych szerokościach geograficznych, wskazując potencjalne punkty dostępu dla przyszłych astronautów nawet w pobliżu równika.
Wykorzystując dane z Moon Mineralogy Mapper, badacze szczegółowo opisali stabilność i rozmieszczenie wody i grup hydroksylowych na powierzchni Księżyca, odkrywając aktywność geologiczną, która ułatwia pojawianie się tych substancji.
Dystrybucja wody na Księżycu: wykopaliska i źródła
Według nowej analizy map bliższych i dalszych stron Księżyca istnieje wiele źródeł wody i hydroksylu w oświetlonych słońcem skałach i glebie, w tym w skałach bogatych w wodę wydobytych w wyniku uderzeń meteorytów na wszystkich szerokościach geograficznych.
„Przyszli astronauci mogą być w stanie znaleźć wodę nawet w pobliżu równika, wykorzystując te bogate w wodę obszary. Wcześniej sądzono, że tylko w rejonie polarnym, a w szczególności w głęboko zacienionych kraterach na biegunach, można znaleźć wodę w dużych ilościach” – powiedział Roger Clark, starszy naukowiec w Planetary Science Institute i główny autor książki „The Global Rozmieszczenie wody i hydroksylu na Księżycu widziane przez księżycowego mapera mineralogicznego (M3)”, który pojawia się w Dziennik nauk planetarnych.
„Wiedza o tym, gdzie znajduje się woda, pomaga nie tylko zrozumieć historię geologiczną Księżyca, ale także to, gdzie astronauci mogą znaleźć ją w przyszłości”.
Techniki mapowania i spostrzeżenia spektroskopowe
Clark i jego zespół badawczy, w skład którego wchodzą naukowcy z PSI Neil C. Pearson, Thomas B. McCord, Deborah L. Domingue, Amanda R. Hendrix i Georgiana Kramer, przestudiowali dane z Moon Mineralogy Mapper (M3) spektrometr obrazujący na statku kosmicznym Chandrayaan-1, który okrążał Księżyc w latach 2008–2009, mapując wodę i grupy hydroksylowe po bliższych i dalszych stronach Księżyca bardziej szczegółowo niż kiedykolwiek wcześniej.
Lokalizowanie wody w oświetlonych słońcem częściach Księżyca wykorzystuje spektroskopię w podczerwieni do poszukiwania odcisków palców wody i grup hydroksylowych (funkcjonalna grupa chemiczna składająca się z jednego wodoru i jednego tlenu atom) w widmie odbitego światła słonecznego w podczerwieni. Podczas gdy aparat cyfrowy rejestruje trzy kolory w widzialnej części widma, M3 instrument zarejestrował 85 kolorów w zakresie widma widzialnego i podczerwieni.
Tak jak widzimy różne kolory różnych materiałów, tak spektrometr podczerwieni może zobaczyć wiele kolorów (w podczerwieni), aby lepiej określić skład, w tym wodę (H2O) i hydroksyl (OH). Wodę można pozyskiwać bezpośrednio poprzez ogrzewanie skał i gleby. Woda może również powstawać w wyniku reakcji chemicznych uwalniających grupy hydroksylowe i łączących cztery grupy hydroksylowe w celu wytworzenia tlenu i wody (4(OH) -> 2H2O + O2).
Stabilność powierzchni Księżyca i wpływ geologiczny
Badając lokalizację i kontekst geologiczny, Clark i jego zespół byli w stanie wykazać, że woda na powierzchni Księżyca jest metastabilna, co oznacza H2O jest powoli niszczony przez miliony lat, ale pozostaje hydroksyl, OH. Zdarzenie kraterowe, które wystawia podpowierzchniowe skały bogate w wodę na działanie wiatru słonecznego, z czasem ulegnie degradacji, niszcząc H2O i tworzenie rozproszonej aury hydroksylu, OH, ale niszczenie jest powolne i trwa od tysięcy do milionów lat.
W innym miejscu powierzchni Księżyca pojawia się patyna hydroksylowa, prawdopodobnie utworzona przez protony wiatru słonecznego uderzające w powierzchnię Księżyca, niszczące minerały krzemianowe, gdy protony łączą się z tlenem w krzemianach, tworząc hydroksyl, w procesie zwanym wietrzeniem kosmicznym.
„Łącząc wszystkie dowody, widzimy powierzchnię Księżyca o złożonej budowie geologicznej, ze znaczną ilością wody pod powierzchnią i powierzchniową warstwą hydroksylową. Zarówno kratery, jak i aktywność wulkaniczna mogą wydobyć na powierzchnię materiały bogate w wodę, co można zaobserwować w danych księżycowych” – powiedział Clark.
Księżyc składa się głównie z dwóch rodzajów skał: ciemnej klaczy, która jest bazaltowa (lawa podobna do tej obserwowanej na Hawajach) i skał anortozytowych, które są jaśniejsze (wyżyny księżycowe). Anortozyty zawierają dużo wody, bazalty bardzo mało. Te dwa rodzaje skał zawierają również wiązania hydroksylowe z różnymi minerałami, jak pokazano na poniższym rysunku.
Nowe odkrycia i zachowanie wody księżycowej
Badanie to rzuca nowe światło na znane wcześniej tajemnice. Kiedy Słońce świeci na powierzchnię Księżyca o różnych porach dnia, zmienia się siła absorpcji wody i grup hydroksylowych. Doprowadziło to do obliczeń, że w cyklu dziennym wokół Księżyca musi krążyć dużo wody i grup hydroksylowych. Jednak to nowe badanie wykazało, że bardzo stabilna absorpcja wody i grup hydroksylowych przez minerały wykazuje ten sam dzienny efekt, ale w przypadku minerałów, takich jak piroksen, pospolity minerał magmowy krzemianowy występujący w glebach księżycowych, nie odparowują one w temperaturach księżycowych.
Powodem tego efektu jest cienka warstwa wzbogaconego składu i/lub wielkość cząstek gleby, która różni się od głębszych warstw gleby. Kiedy Słońce znajduje się nisko na księżycowym niebie, światło przechodzi przez większą część górnej warstwy, wzmacniając absorpcję podczerwieni w porównaniu do sytuacji, gdy Słońce znajduje się wysoko na niebie. Woda może nadal się przemieszczać, ale aby określić ilościowo, w nowych badaniach konieczne będzie również określenie ilościowe wpływu warstw. Ślady łazika księżycowego są ciemniejsze na zdjęciach z łazików z ery Apollo, co jest kolejnym wskaźnikiem, że warstwa powierzchniowa jest cienka i inna.
Z cienką warstwą powierzchniową powiązane są tajemnicze cechy Księżyca, zwane wirami księżycowymi, czyli rozproszone wzory w świetle widzialnym w kilku obszarach Księżyca. Uważa się, że pola magnetyczne odgrywają rolę w tworzeniu wirów poprzez zmianę kierunku wiatru słonecznego, co również zmniejsza wytwarzanie hydroksylu. Poprzednie badanie prowadzone przez starszą naukowiec z PSI Georgianę Kramer, a którego współautorem jest R. Clark, wykazało, że w wirach księżycowych brakuje grup hydroksylowych. Nowe badanie potwierdza to, ale wykazuje również większą złożoność, ponieważ wiry mają również niską zawartość wody, ale czasami wyższą zawartość piroksenu.
To nowe badanie z wykorzystaniem globalnych map hydroksylowych pokazuje również nigdy wcześniej nie widziane obszary, które są podobne do znanych wirów, ale nie mają rozproszonych wzorów widocznych w świetle widzialnym, a zatem można je zobaczyć jedynie podczas absorpcji hydroksylu. Te nowe elementy mogą być starymi, erodowanymi wirami i obejmować nowe typy, w tym łuki i elementy liniowe. Mapując Księżyc w nowy sposób, powierzchnia Księżyca pokazuje, że jest bardziej złożona, niż sobie wyobrażaliśmy.
Odniesienie: „Globalne rozmieszczenie wody i hydroksylu na Księżycu widziane przez narzędzie do mapowania mineralogii Księżyca (M3)” Rogera N. Clarka, Neila C. Pearsona, Thomasa B. McCorda, Deborah L. Domingue, Keitha Erica Livo, Josepha W. Boardmana, Daniela P. Moriarty’ego, Amandę R. Hendrixa, Georgianę Kramer i Marię E. Banks, 16 września 2024 r., Dziennik nauk planetarnych.
DOI: 10.3847/PSJ/ad5837
Wczesne prace nad analizą danych na potrzeby tego badania zostały sfinansowane przez zespół naukowy Moon Mineralology Mapper. Główne fundusze na badanie zostały wsparte przez NASA Wirtualny Instytut Badań nad Układem Słonecznym 2016 (SSERVI16) Umowa o współpracy (80ARC017M0005) (TREX).
