Według nowych badań księżycowe zapasy lodu wodnego, ukryte w stale zacienionych kraterach na południowym biegunie Księżyca, prawdopodobnie dotarły na powierzchnię naszego najbliższego sąsiada stopniowo, a nie w jednym wielkim wydarzeniu.
Co więcej, te „trwale” zacienione kratery nie są tak trwale zacienione, jak sądziliśmy, ponieważ zmiany w księżycnachylenie względem Ziemia i Słoneczny oznacza, że kąt oświetlenia również zmieniał się na przestrzeni miliardów lat. Kratery, które 3 miliardy lat temu były pogrążone w zimnym cieniu i mogły zawierać lód wodny, niekoniecznie są teraz w cieniu i odwrotnie.
W latach sześćdziesiątych XX wieku niektórzy planetolodzy zaproponowali, że kratery na południowym biegunie Księżyca, gdzie kąt padania promieni słonecznych jest tak mały, że części wnętrza kraterów pozostają w trwałym cieniu, mogą być wystarczająco zimne, aby pomieścić lód wodny. Jednakże, gdy Misje Apolla sprowadzili próbki z Księżyca w latach 1969–1972, naukowcy odkryli, że księżycowy regolit był suchy jak kość.
Było więc sporym zaskoczeniem, gdy w 1994 r. radar misji NASA Clementine na Księżyc zasugerował obecność lodu wodnego, co od tego czasu zostało potwierdzone przez takie teleskopy jak Lunar Prospector i NASA. Orbiter rozpoznawczy Księżyca (LRO).
Lód wodny na Księżycu byłby bezcenny dla astronautów mieszkających tam w każdej przyszłej placówce. Wodę można wykorzystać do picia i można ją rozłożyć na atomy wodoru i tlenu, aby uzyskać paliwo rakietowe i powietrze do oddychania.
Źródło wody księżycowej pozostaje jednak tajemnicą. Czy został sprowadzony na Księżyc dawno temu w wyniku jednego wielkiego uderzenia komety, czy też stopniowo gromadził się na powierzchni Księżyca w ciągu historii Księżyca?
Chociaż nadal nie możemy definitywnie powiedzieć, skąd wzięła się woda, planetolodzy Paul Hayne z Laboratorium Fizyki Atmosfery i Przestrzeni Kosmicznej na Uniwersytecie Kolorado w Boulder, Oded Aharonson z Instytutu Weizmanna w Izraelu i Norbert Schörghofer z Instytutu Nauk Planetarnych w Arizonie są teraz w stanie powiedzieć, skąd się ona nie wzięła. Konkretnie nie wzięło się to z jednego wielkiego wydarzenia, jak pojedynczy gigant kometa uderzenie.
Lód wodny nie występuje w każdym stale zacienionym kraterze i zespół przyjął ten fakt za punkt wyjścia.
„Jasne jest, że rozkład lodu jest niejednolity” – powiedział Hayne w: oświadczenie. „Nie jest skoncentrowany w tych samych ilościach w każdym kraterze. I nie ma na to dobrego wytłumaczenia”.
Zespół pracował wstecz, wykorzystując dane dotyczące temperatury powierzchni z instrumentu Diviner należącego do LRO w połączeniu z komputerowymi modelami ewolucji termicznej kraterów. Kluczem do tego jest fakt, że nachylenie Księżyca zmieniało się w czasie, co oznacza, że niektóre z kraterów, które były zacienione trzy miliardy lat temu, już nie istnieją, podczas gdy inne pogrążyły się w cieniu. Wystawiony na światło lód wodny sublimuje i albo ucieka w przestrzeń kosmiczną, albo migruje do innych zacienionych obszarów, które działają jak zimne pułapki.
Zespół sporządził listę kraterów, które najdłużej pozostawały w cieniu, i odkrył, że są to te same kratery, w których instrument LRO Lyman-Alpha Mapping Project (LAMP) odkrył lód wodny.
Na przykład krater Haworth w pobliżu południowego bieguna Księżyca znajduje się w ciągłym cieniu od ponad 3 miliardów lat i zawiera jedne z najsilniejszych sygnałów radarowych dotyczących lodu wodnego.
„Wygląda na to, że najstarsze kratery na Księżycu również zawierają najwięcej lodu” – powiedział Hayne. „Oznacza to, że Księżyc gromadzi wodę mniej więcej nieprzerwanie od 3 do 3,5 miliarda lat”.
Dlatego też wprowadzenie wody na Księżyc nie mogło nastąpić dawno temu w jednym wydarzeniu. Zamiast tego zespół sugeruje, że mogło to pochodzić od wielu mniejszych asteroida i uderzenia komet, lub że został wyrzucony z głębokiego wnętrza Księżyca przez wulkanizm, który ponad trzy miliardy lat temu zniszczył powierzchnię Księżyca, tworząc równiny lawy, które dziś widzimy jako księżycową Marię.
Możliwe jest nawet, że wiatr słoneczny miało wpływ na obecność wody na Księżycu.
„Poprzez wiatr słoneczny ciągły strumień wodoru bombarduje Księżyc, a część tego wodoru może zostać przekształcona w wodę na powierzchni Księżyca” – powiedział Hayne.
Aby przekształcić się w wodę, musiałaby wejść w reakcję z tlenem. A ostatnie badania pokazał to atomy i cząsteczki z Atmosfera ziemskaw tym tlen, wyciekają i przedostają się przez przestrzeń kosmiczną na powierzchnię Księżyca od miliardów lat. Nawet cząsteczki wody mogły zostać przetransportowane z Ziemi na Księżyc.
„Ostatecznie kwestia źródła wody na Księżycu zostanie rozwiązana jedynie poprzez analizę próbek” – powiedział Hayne. „Będziemy musieli polecieć na Księżyc, aby tam przeanalizować te próbki lub znaleźć sposób na sprowadzenie ich z Księżyca z powrotem na Ziemię”.
W tym celu Hayne kieruje rozwojem nowego instrumentu o nazwie Lunar Compact Infrared Imaging System (L-CIRiS), który będzie kamerą termowizyjną umożliwiającą bardziej szczegółowe obserwacje kraterów księżycowych, które mogą zawierać lód wodny. Wyleci na Księżyc pod koniec 2027 roku w ramach programu Commercial Lunar Payload Services (CLPS) na pokładzie lądownika CP-22 budowanego przez Intuicyjne Maszyny.
Badania Hayne’a, Aharonsona i Schörghofera zostały opublikowane 7 kwietnia w Astronomia Przyrodnicza.
