Inde i mørket, polære månekratere, vand ikke så uovervindeligt som forventet, videnskabsmænd hævder

Månens sydpolområde er hjemsted for nogle af de mest ekstreme miljøer i solsystemet:det er ufatteligt koldt, massivt krateret, og har områder, der enten konstant bades i sollys eller i mørke. Det er netop derfor, NASA ønsker at sende astronauter dertil i 2024 som en del af sit Artemis-program.

Det mest lokkende træk ved denne sydligste region er kraterne, hvoraf nogle aldrig ser dagens lys når deres gulve. Årsagen til dette er den lave vinkel af sollys, der rammer overfladen ved polerne. Til en person, der står ved månens sydpol, solen ville dukke op i horisonten, belysning af overfladen sideværts, og, dermed, skimmer primært randene af nogle kratere, mens de efterlader deres dybe indre i skygge.

Som et resultat af det permanente mørke, NASAs Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) har målt de koldeste temperaturer i solsystemet inde i disse kratere, som er blevet kendt som perfekte miljøer til at bevare materiale som vand i evigheder. Eller det troede vi.

Det viser sig, at på trods af en temperatur, der falder til -388 grader Fahrenheit (-233 Celsius) og formodentlig kan holde frost låst i jorden næsten for evigt, vandet slipper langsomt ud øverst, supertynde lag (tyndere end bredden af ​​en rød blodcelle) af Månens overflade. NASA-forskere rapporterede for nylig om dette fund i papir i tidsskriftet Geofysiske forskningsbreve .

"Folk tænker på nogle områder i disse polare kratere som at fange vand, og det er det, " sagde William M. Farrell, en plasmafysiker ved NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, der ledede månefrostforskningen. "Men der er solvindpartikler og meteoroider, der rammer overfladen, og de kan drive reaktioner, der typisk opstår ved varmere overfladetemperaturer. Det er noget, der ikke er blevet understreget."

I modsætning til Jorden, med sin overdådige atmosfære, Månen har ingen atmosfære til at beskytte dens overflade. Så når solen sprøjter ladede partikler kendt som solvinden ind i solsystemet, nogle af dem bombarderer Månens overflade og sparker vandmolekyler op, der hopper rundt til nye steder.

Ligeledes, egensindige meteoroider smadrer konstant ind i overfladen og river jorden op med rod blandet med frosne stykker vand. Meteoroider kan ødelægge disse jordpartikler – som er mange gange mindre end bredden af ​​et menneskehår – så langt som 30 kilometer væk fra nedslagsstedet, afhængig af meteoroidens størrelse. Partiklerne kan rejse så langt, fordi Månen har lav tyngdekraft og ingen luft til at bremse tingene ned:"Så hver gang du har en af ​​disse påvirkninger, et meget tyndt lag iskorn er spredt ud over overfladen, udsat for solens varme og rummiljøet, og til sidst sublimeret eller tabt til andre miljøprocesser, " sagde Dana Hurley, en planetarisk videnskabsmand ved Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory i Laurel, Maryland.

Selvom det er vigtigt at overveje, at selv i de skyggefulde kratere siver vandet langsomt ud, det er muligt at der tilsættes vand, også, noterer papirforfatterne. Iskolde kometer, der styrter ind i Månen, plus solvinden, kunne genopbygge det som en del af et globalt vandkredsløb; det er noget forskerne forsøger at finde ud af. Derudover det er ikke klart, hvor meget vand der er. Sidder den kun i det øverste lag af Månens overflade eller strækker den sig dybt ind i Månens skorpe, videnskabsmænd undrer sig?

På den ene eller anden måde, det øverste lag af polare kratergulve bliver omarbejdet over tusinder af år, ifølge beregninger af Farrell, Hurley, og deres hold. Derfor, de svage frostpletter, som videnskabsmænd har opdaget ved polerne ved hjælp af instrumenter som LRO's Lyman Alpha Mapping Project (LAMP) instrument kunne kun være 2, 000 år gammel, i stedet for millioner eller milliarder af år gamle, som nogle kunne forvente, Farrells hold vurderede. "Vi kan ikke tænke på disse kratere som iskolde døde pletter, " bemærkede han.

For at bekræfte hans holds beregninger, Farrell sagde, et fremtidigt instrument, der er i stand til at detektere vanddamp, skulle finde, over Månens overflade, et til 10 vandmolekyler per kubikcentimeter, der er blevet frigivet ved stød.

De gode nyheder for fremtidig måneudforskning

Til kommende videnskab og udforskning, spredningen af ​​vandpartikler kunne være gode nyheder. Det betyder, at astronauter måske ikke behøver at udsætte sig selv og deres instrumenter for det barske miljø med skyggefulde kratergulve for at finde vandrig jord - de kunne bare finde det i solrige områder i nærheden.

"Denne forskning fortæller os, at meteoroider gør noget af arbejdet for os og transporterer materiale fra de koldeste steder til nogle af grænseregionerne, hvor astronauter kan få adgang til det med en solcelledrevet rover, " sagde Hurley. "Det fortæller os også, at det, vi skal gøre, er at komme op på overfladen af ​​en af ​​disse regioner og få nogle førstehåndsdata om, hvad der sker."

At komme til månens overflade ville gøre det meget lettere at vurdere, hvor meget vand der er på Månen. Fordi at identificere vand på afstand, især i permanent skyggefulde kratere, er en vanskelig forretning. The primary way that scientists find water is through remote sensing instruments that can identify what chemical elements things are made of based on the light they reflect or absorb. "But for that, you need a light source, " Hurley said. "And by definition, these permanently shadowed regions don't have a strong one."

Understanding the Water Environment on the Moon

Until NASA astronauts get back to the Moon to dig up some soil, or the agency sends new instruments near the surface that can sniff out floating water molecules, the research team's theory about the influence of meteoroids on the environment inside shadowed craters could help chip away at some of the mysteries surrounding the Moon's water. It already has helped scientists understand if the uppermost surface water is new or ancient, or how it may migrate around the Moon. Another thing meteoroid impacts to the crater floors could help explain is why scientists are finding patches of wispy frost diluted in regolith, or Moon soil, rather than blocks of pure water ice.

Even though water questions abound, it's important to remember, Farrell said, that it was only in the last decade that scientists found evidence that the Moon is not a dry, dead rock, as many had long assumed. The LRO, with its thousands of orbits and 1 petabyte of returned science data (equivalent to about 200, 000, high-definition, feature-length films streamed online), has been instrumental. So has the Lunar Crater Observation and Sensing Satellite (LCROSS), which revealed frozen water after purposely crashing into Cabeus crater in 2009 and releasing a plume of preserved material from the crater floor that included water.

"We suspected there was water at the poles and learned for sure from LCROSS, but we now have evidence that there's water at mid latitudes, " Farrell said. "We also have evidence that there's water coming from micrometeoroid impacts, and we have measurements of frost. But the question is, how are all these water sources related?"

That's a question Farrell and his colleagues are closer to answering than ever before.