Woda na powierzchni Księżyca może znajdować się nie tylko w zimnych, skrytych w cieniu kraterach w pobliżu biegunów. Na niedawno zakończonej konferencji zorganizowanej przez NASA naukowcy potwierdzili, że woda na Srebrnym Globie jest bardziej powszechna niż dotychczas sądzono i można ją znaleźć nawet na oświetlonej promieniami słonecznymi powierzchni naszego naturalnego satelity.
Aż do końca ostatniej dekady naukowcy sądzili, że Księżyc jest raczej suchym miejscem. Wszystko zmieniło się, gdy w 2009 roku indyjska sonda Chandrayaan odkryła wodę w formie lodu wodnego znajdującą się w stale zacienionych kraterach w pobliżu biegunów. Od tamtego czasu liczne badania wskazywały na obecność lodu wodnego w miejscach, gdzie nieustannie panują niskie temperatury. Obecnie naukowcy, w ramach dwóch nowych badań, nie tylko potwierdzili obecność wody na Księżycu, ale także odkryli, że na powierzchni Srebrnego Globu może znajdować się wiele „zimnych pułapek”, gdzie znajduje się woda, także w rejonach, gdzie docierają promienie słoneczne.
Obserwatorium Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy (SOFIA) po raz pierwszy potwierdziło obecność wody na oświetlonej słońcem powierzchni Księżyca. Instrumenty badawcze wykryły cząsteczki wody w znajdującym się na południowej półkuli Księżyca kraterze Clavius, jednym z największych kraterów widocznych z Ziemi.
Wcześniejsze obserwacje powierzchni Księżyca wykryły pewną formę wodoru, ale nie były w stanie odróżnić wody od jej bliskiego krewnego, grupy hydroksylowej (OH). Pomiary pozostawiały cień niepewności. Coś pochłaniało fale podczerwone o długości 3 mikrometrów, ale uczeni nie byli do końca pewni, czy to faktycznie woda, bo takie samo widmo absorpcyjne ma także wspomniana grupa hydroksylowa.
Wątpliwości rozwiały dwa nowe badania przeprowadzone przez Paula Hayne'a pracującego dla NASA i University of Colorado, Boulder oraz Casey Honniball z Centrum Lotów Kosmicznych NASA Goddard, które zostały opublikowane w „Nature Astronomy” (1, 2).
Dane pozyskane z krateru Clavius wskazują na obecność wody w stężeniach od 100 do 412 części na milion, uwięzionej w metrze sześciennym księżycowej gleby – regolicie. Dla porównania, to 100 razy mniej niż na Saharze. Pomimo stosunkowo niewielkich ilości, to istotne odkrycie, zwłaszcza, że do niedawna uczeni sądzili, że Księżyc jest wyschnięty na wiór. Nasuwa też nowe pytania o to, jak powstaje woda i jak utrzymuje się ona na surowej, pozbawionej powietrza powierzchni Księżyca.
- Mieliśmy wskazówki, że woda może być obecna na nasłonecznionych rejonach Księżyca - powiedział Paul Hertz z NASA. - Teraz wiemy, że tam jest. To odkrycie podważa nasze zrozumienie powierzchni Księżyca i rodzi intrygujące pytania dotyczące zasobów istotnych dla eksploracji kosmosu – dodał.
Woda jest cennym zasobem w kosmosie i kluczowym składnikiem życia, przynajmniej takiego, jakie znamy. NASA pragnie dowiedzieć się wszystkiego o obecności wody na Księżycu jeszcze przed wysłaniem tam ludzi w ramach programu Artemis, co planowane jest na 2024 rok. Plany zakładają ustanowienie na Księżycu stałej obecności człowieka do końca dekady. Obecność wody może to znacznie ułatwić. Jednak zapał ostudzić może fakt, że odkryta woda nie będzie łatwo dostępna i przy jej pozyskaniu trzeba będzie się sporo natrudzić.
Badania obserwatorium SOFIA opierają się na latach wcześniejszych prac dotyczących obecności wody na Księżycu. Kiedy astronauci z misji Apollo po raz pierwszy wrócili z Księżyca w 1969 roku, uważano, że jest on całkowicie suchy. Jednak obserwacje z ostatnich lat potwierdziły obecność lodu wodnego w stale zacienionych kraterach wokół biegunów Księżyca.
W międzyczasie kilka statków kosmicznych, w tym sonda Cassini czy sonda Chandrayaan-1 Indyjskiej Organizacji Badań Kosmicznych oraz naziemne teleskopy rozejrzały się po powierzchni Księżyca i znalazły ślady wskazujące na obecność wody w nasłonecznionych regionach naszego naturalnego satelity. Jednak obserwacje te nie były w stanie definitywnie rozróżnić czy to woda, czy grupa hydroksylowa.
SOFIA zaoferowała nowy sposób patrzenia na Księżyc. Latający na wysokości ponad 12 kilometrów zmodyfikowany Boeing 747SP Jetliner z teleskopem pracujący w podczerwieni o średnicy 2,5 metra pozwala na dokładne obserwacje, gdyż omija ponad 99 proc. pary wodnej znajdującej się w ziemskiej atmosferze, co daje wyraźniejszy obraz. Dzięki temu SOFIA była w stanie wychwycić specyficzną długość fali, unikalną dla cząsteczek wody, czyli 6,1 mikrometra. Co więcej, odkryła zaskakujące stężenia wody w nasłonecznionym kraterze Clavius.
Opublikowane właśnie badania powstały w oparciu o obserwacje wykonane pod koniec sierpnia 2018 roku. SOFIA normalnie obserwuje odległe obiekty, jak czarne dziury, gromady gwiazd i galaktyki. - Tak naprawdę to był pierwszy raz, kiedy SOFIA spojrzała na Księżyc i nie byliśmy nawet do końca pewni, czy otrzymamy wiarygodne dane, ale pytania dotyczące wody na Księżycu zmusiły nas do spróbowania - powiedział Naseem Rangwala zatrudniony przy projekcie SOFIA. - To niewiarygodne, że odkrycie to wynikało z czegoś, co zasadniczo było testem. Teraz planujemy więcej obserwacji – dodał.
- Bez gęstej atmosfery woda na oświetlonej słońcem powierzchni Księżyca powinna po prostu zniknąć w kosmosie - powiedziała Honniball. - Jednak jakoś ją zaobserwowaliśmy. Coś wytwarza wodę i coś musi ją tam więzić - dodała.
W dostarczaniu lub tworzeniu tej wody może brać udział kilka sił. Jedna z koncepcji mówi o deszczach mikrometeorytów spadających na powierzchni Księżyca i niosących ze sobą niewielkie ilości wody. Inną możliwością jest dwuetapowy proces, w którym wiatr słoneczny ze Słońca dostarcza wodór na powierzchnię Księżyca, a ten w reakcjach chemicznych z minerałami w znajdującymi się w regolicie zawierającymi tlen, tworzy grupy hydroksylowe. Promieniowanie pochodzące z bombardowania mikrometeorytów może przekształcić grupy hydroksylowe w wodę. Woda może też znajdować się na Księżycu od początków jego istnienia. Mogła również zostać dostarczona nie przez deszcz malutkich meteorytów, a większą kometę.
To, w jaki sposób woda jest magazynowana unikając ucieczki w kosmos również rodzi intrygujące pytania. Uczeni sugerują, że woda może być uwięziona w maleńkich sferycznych strukturach w glebie, które powstały w wyniku uderzeń mikrometeorytów, czyli w zeszklonym materiale powstałym z regolitu. Inną możliwością jest to, że woda może być ukryta między ziarnami księżycowej gleby i osłonięta przed słońcem, potencjalnie czyniąc ją nieco bardziej dostępną niż w przypadku zeszklonych, mikroskopijnych kuleczek.
Kolejne loty obserwatorium SOFIA będą szukać wody w innych nasłonecznionych miejscach i podczas różnych faz Księżyca, aby dowiedzieć się, czy woda przemieszcza się po Księżycu podczas różnych jego faz. Pozyskane dane zostaną wykorzystane w przyszłych misjach księżycowych do stworzenia pierwszych map zasobów wodnych Srebrnego Globu, co pomoże w przyszłej eksploracji.
W tym samym numerze „Nature Astronomy” ukazał się drugi artykuł dotyczący wody na Księżycu. Zespół kierowany przez Hayne'a wykorzystał dane z Lunar Reconnaissance Orbiter do stworzenia modeli rozmieszczenia wody na powierzchni Księżyca. Uczeni wykazali, że woda może być uwięziona w malutkich, zacienionych miejscach nazwanych „zimnymi pułapkami", gdzie temperatura utrzymuje się poniżej zera. Według badaczy takie pułapki mogą znajdować się na większej powierzchni Księżyca, niż się spodziewano.
Na podstawie analiz zespół Hayne'a odkrył, że „zimne pułapki” mogą zajmować obszar nawet 40 tys. kilometrów kwadratowych. Pułapki te mogą mieć różne rozmiary – od tych, których średnica nie przekracza jednego centymetra, do naprawdę malutkich, setki razy mniejszych. Większość tych obszarów, według naukowców, znajduje się w okolicach biegunów.
- Woda jest cennym zasobem, zarówno do celów naukowych, jak i do użytku przez naszych odkrywców - powiedział Jacob Bleacher z NASA. - Jeśli będziemy w stanie wykorzystać zasoby Księżyca, będziemy mogli zabrać mniej wody i więcej sprzętu, aby umożliwić nowe odkrycia naukowe – dodał.
Źródło i fot.: NASA
