Ingredienser til vand kan laves på månens overflade, en kemisk fabrik

Når en strøm af ladede partikler kendt som solvinden passerer ind på Månens overflade med 450 kilometer i sekundet (eller næsten 1 million miles i timen), de beriger Månens overflade med ingredienser, der kunne lave vand, NASA-forskere har fundet.

Ved hjælp af et computerprogram, videnskabsmænd simulerede den kemi, der udfolder sig, når solvinden styrter Månens overflade. Mens solen strømmer protoner til månen, de fandt, disse partikler interagerer med elektroner i månens overflade, laver hydrogen (H) atomer. Disse atomer migrerer derefter gennem overfladen og låser sig på de rigelige oxygenatomer (O) bundet i silica (SiO2) og andre oxygenbærende molekyler, der udgør månejorden, eller regolith. Sammen, hydrogen og oxygen danner molekylet hydroxyl (OH), en komponent af vand, eller H2O.

"Vi tænker på vand som dette specielle, magisk forbindelse, " sagde William M. Farrell, en plasmafysiker ved NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, som var med til at udvikle simuleringen. "Men her er det fantastiske:hver sten har potentialet til at lave vand, især efter at være blevet bestrålet af solvinden."

At forstå, hvor meget vand - eller dets kemiske komponenter - der er tilgængeligt på Månen, er afgørende for NASAs mål om at sende mennesker til at etablere en permanent tilstedeværelse der, sagde Orenthal James Tucker, en fysiker hos Goddard, der stod i spidsen for simuleringsforskningen.

"Vi forsøger at lære om dynamikken i transport af værdifulde ressourcer som brint rundt om månens overflade og hele dens exosfære, eller meget tynd atmosfære, så vi kan vide, hvor vi skal gå hen for at høste disse ressourcer, " sagde Tucker, som for nylig beskrev simuleringsresultaterne i journalen JGR Planeter .

Adskillige rumfartøjer brugte infrarøde instrumenter, der måler lys udsendt fra Månen for at identificere kemien af ​​dens overflade. Disse omfatter NASAs Deep Impact-rumfartøj, som havde talrige tætte møder med Jord-Måne-systemet på vej til kometen 103P/Hartley 2; NASAs Cassini rumfartøj, som passerede Månen på vej til Saturn; og Indiens Chandrayaan-1, som kredsede om Månen for ti år siden. Alle fundet tegn på vand eller dets komponenter (brint eller hydroxyl).

Men hvordan disse atomer og forbindelser dannes på Månen er stadig et åbent spørgsmål. Det er muligt, at meteornedslag igangsætter de nødvendige kemiske reaktioner, men mange forskere mener, at solvinden er den primære drivkraft.

Tuckers simulering, som sporer brintatomernes livscyklus på Månen, understøtter solvindideen.

"Fra tidligere forskning, vi ved hvor meget brint der kommer ind fra solvinden, vi ved også, hvor meget der er i Månens meget tynde atmosfære, og vi har målinger af hydroxyl i overfladen, " sagde Tucker. "Det, vi har gjort nu, er at finde ud af, hvordan disse tre lagre af brint er fysisk sammenflettet."

At vise, hvordan brintatomer opfører sig på Månen, hjalp med at løse, hvorfor rumfartøjer har fundet udsving i mængden af ​​brint i forskellige områder af Månen. Mindre brint ophobes i varmere områder, ligesom månens ækvator, fordi brintatomer, der er deponeret dér, får energi fra Solen og hurtigt udgas fra overfladen til exosfæren, konkluderede holdet. Omvendt mere brint ser ud til at samle sig i den koldere overflade nær polerne, fordi der er mindre solstråling, og udgasningen bremses.

Samlet set, Tuckers simulering viser, at når solvinden konstant sprænger Månens overflade, det bryder bindingerne mellem siliciumatomer, jern og ilt, der udgør størstedelen af ​​Månens jord. Dette efterlader iltatomer med utilfredse bindinger. Når brintatomer strømmer gennem månens overflade, de bliver midlertidigt fanget med den uhængte ilt (længere i kolde områder end i varme). De flyder fra O til O, før de endelig diffunderer ind i Månens atmosfære, og, ultimativt, ud i rummet. "Hele processen er som en kemisk fabrik, " sagde Farrell.

En vigtig konsekvens af resultatet, Farrell sagde, er, at ethvert blotlagt legeme af silica i rummet – fra Månen ned til et lille støvkorn – har potentialet til at skabe hydroxyl og dermed blive en kemisk fabrik for vand.