SOFIA opdager vand på den solbelyste overflade af månen

NASAs Stratosfæriske Observatorium for Infrarød Astronomi (SOFIA) har bekræftet, for første gang, vand på Månens solbeskinnede overflade. Denne opdagelse indikerer, at vand kan være fordelt over månens overflade, og ikke begrænset til kulde, skyggefulde steder.

SOFIA har påvist vandmolekyler (H ₂ O) i Clavius-krateret, et af de største kratere, der er synlige fra Jorden, beliggende på Månens sydlige halvkugle. Tidligere observationer af Månens overflade påviste en form for brint, men var ude af stand til at skelne mellem vand og dets nære kemiske slægtning, hydroxyl (OH). Data fra dette sted afslører vand i koncentrationer på 100 til 412 dele per million - omtrent svarende til en 12-ounce flaske vand - fanget i en kubikmeter jord spredt ud over månens overflade. Resultaterne er offentliggjort i det seneste nummer af Natur astronomi .

"Vi havde indikationer på, at H ₂ O - det velkendte vand, vi kender - kan være til stede på den solbelyste side af Månen, sagde Paul Hertz, direktør for Astrophysics Division i Science Mission Directorate ved NASAs hovedkvarter i Washington. "Nu ved vi, at den er der. Denne opdagelse udfordrer vores forståelse af månens overflade og rejser spændende spørgsmål om ressourcer, der er relevante for udforskning af det dybe rum."

Som en sammenligning, Sahara-ørkenen har 100 gange mængden af ​​vand end hvad SOFIA opdagede i månejorden. På trods af de små mængder, opdagelsen rejser nye spørgsmål om, hvordan vand skabes, og hvordan det forbliver på det barske, luftfri måneoverflade.

Vand er en værdifuld ressource i det dybe rum og en nøgleingrediens i livet, som vi kender det. Hvorvidt det fundne vand, SOFIA, er let tilgængeligt til brug som en ressource, skal endnu afgøres. Under NASAs Artemis-program, agenturet er ivrig efter at lære alt, hvad det kan om tilstedeværelsen af ​​vand på Månen, forud for at sende den første kvinde og næste mand til månens overflade i 2024 og etablere en bæredygtig menneskelig tilstedeværelse der ved udgangen af ​​årtiet.

SOFIAs resultater bygger på mange års tidligere forskning, der undersøgte tilstedeværelsen af ​​vand på Månen. Da Apollo-astronauterne først vendte tilbage fra Månen i 1969, det mentes at være helt tørt. Orbital- og impactor-missioner gennem de sidste 20 år, såsom NASAs Lunar Crater Observation and Sensing Satellite, bekræftet is i permanent skyggede kratere omkring Månens poler. I mellemtiden flere rumfartøjer - inklusive Cassini-missionen og Deep Impact-kometmissionen, såvel som den indiske rumforskningsorganisations Chandrayaan-1-mission - og NASAs jordbaserede infrarøde teleskopfacilitet, kiggede bredt hen over månens overflade og fandt tegn på hydrering i mere solrige områder. Alligevel var disse missioner ikke i stand til definitivt at skelne den form, den var til stede i - enten H2O eller OH.

"Før SOFIA-observationerne, vi vidste, at der var en form for hydrering, " sagde Casey Honniball, hovedforfatteren, der offentliggjorde resultaterne fra sit specialearbejde ved University of Hawaii i Mānoa i Honolulu. "Men vi vidste ikke, hvor meget, hvis nogen, var faktisk vandmolekyler - som vi drikker hver dag - eller noget mere som afløbsrens."

SOFIA tilbød en ny måde at se på Månen. Flyver i højder på op til 45, 000 fod, dette modificerede Boeing 747SP jetliner med et teleskop med en diameter på 106 tommer når over 99 % af vanddampen i Jordens atmosfære for at få et klarere overblik over det infrarøde univers. Ved at bruge dets infrarøde kamera med svage objekter til SOFIA-teleskopet (FORCAST), SOFIA var i stand til at opfange den specifikke bølgelængde, der er unik for vandmolekyler, ved 6,1 mikron, og opdagede en relativt overraskende koncentration i det solrige Clavius-krater.

"Uden en tyk atmosfære, vand på den solbelyste måneoverflade skulle bare tabes til rummet, " sagde Honniball, som nu er postdoc ved NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. "Alligevel ser vi det på en eller anden måde. Noget genererer vandet, og noget må fange den der."

Flere kræfter kunne være på spil i leveringen eller skabelsen af ​​dette vand. Mikrometeoritter regner ned på månens overflade, transporterer små mængder vand, kunne afsætte vandet på månens overflade ved sammenstød. En anden mulighed er, at der kunne være en to-trins proces, hvorved Solens solvind leverer brint til månens overflade og forårsager en kemisk reaktion med iltbærende mineraler i jorden for at skabe hydroxyl. I mellemtiden stråling fra bombardementet af mikrometeoritter kunne omdanne denne hydroxyl til vand.

Hvordan vandet så bliver lagret - hvilket gør det muligt at akkumulere - rejser også nogle spændende spørgsmål. Vandet kan blive fanget i små perlelignende strukturer i jorden, der dannes ud af den høje varme, der skabes af mikrometeoritpåvirkninger. En anden mulighed er, at vandet kan være skjult mellem korn af månejord og beskyttet mod sollys - hvilket potentielt gør det en smule mere tilgængeligt end vand fanget i perlelignende strukturer.

For en mission designet til at se på det fjerne, dæmpede genstande såsom sorte huller, stjernehobe, og galakser, SOFIAs søgelys på Jordens nærmeste og lyseste nabo var en afvigelse fra business as usual. Teleskopoperatørerne bruger typisk et guidekamera til at spore stjerner, holde teleskopet fast låst på sit observationsmål. Men Månen er så tæt og lysstærk, at den fylder hele guidekameraets synsfelt. Uden nogen synlige stjerner, det var uklart, om teleskopet pålideligt kunne spore Månen. For at bestemme dette, i august 2018, operatørerne besluttede at prøve en testobservation.

"Det var, faktisk, første gang SOFIA har set på månen, og vi var ikke engang helt sikre på, om vi ville få pålidelige data, men spørgsmål om Månens vand tvang os til at prøve, " sagde Naseem Rangwala, SOFIAs projektforsker ved NASAs Ames Research Center i Californiens Silicon Valley. "Det er utroligt, at denne opdagelse kom ud af, hvad der i det væsentlige var en test, og nu hvor vi ved, at vi kan gøre dette, vi planlægger flere flyvninger for at foretage flere observationer."

SOFIAs opfølgningsflyvninger vil lede efter vand på yderligere solbeskinnede steder og under forskellige månefaser for at lære mere om, hvordan vandet produceres, opbevaret, og bevægede sig over Månen. Dataene vil føje til arbejdet med fremtidige månemissioner, såsom NASA's Volatiles Investigating Polar Exploration Rover (VIPER), at skabe de første vandressourcekort over Månen til fremtidig menneskelig udforskning af rummet.

I samme nummer af Natur astronomi , Forskere har udgivet et papir ved hjælp af teoretiske modeller og NASAs Lunar Reconnaissance Orbiter-data, påpeger, at vand kan blive fanget i små skygger, hvor temperaturen holder sig under frysepunktet, over mere af Månen end forventet i øjeblikket. T

"Vand er en værdifuld ressource, til både videnskabelige formål og til brug for vores opdagelsesrejsende, " sagde Jacob Bleacher, chefudforskningsforsker for NASA's Human Exploration and Operations Mission Directorate. "Hvis vi kan bruge ressourcerne på Månen, så kan vi bære mindre vand og mere udstyr for at hjælpe med at muliggøre nye videnskabelige opdagelser."