“Nature Astronomy”: Po słonecznej stronie Księżyca jest woda!

SOFIA to wspólny projekt NASA i Niemieckiego Centrum Lotnictwa i Kosmonautyki. Wyposażony w teleskop o średnicy około 270 cm zmodyfikowany samolot Boeing 747SP Jetliner umożliwia astronomom badanie Układu Słonecznego i nie tylko, w sposób, który nie jest możliwy w przypadku teleskopów naziemnych. Latający na wysokości ponad 13 kilometrów samolot wznosi się ponad obecną w atmosferze parę wodną (a raczej 99 proc. tej pary), aby uzyskać wyraźniejszy obraz wszechświata w podczerwieni.

Używając swojej kamery podczerwieni Faint Object, podłączonej do teleskopu (FORCAST), SOFIA była w stanie wychwycić specyficzną dla cząsteczek wody długość fali (6,1 mikrona) i odkryła ją w nasłonecznionym księżycowym kraterze Clavius.

Clavius, który znajduje się na południowej półkuli Księżyca, jest jednym z największych kraterów widocznych z Ziemi. Wcześniejsze obserwacje powierzchni Księżyca wykryły pewną formę wodoru, ale nie były w stanie odróżnić wody od przypominającego ją hydroksylu (OH). Dane z Claviusa ujawniły obecność wody w stężeniach od 100 do 412 części na milion – w przybliżeniu to nieco ponad 1/3 litra w metrze sześciennym gleby na powierzchni Księżyca.

Dla porównania w piasku Sahary jest 100 razy więcej wody niż w zbadanej przez SOFIĘ księżycowej glebie. Odkrycie nasuwa nowe pytania o to, jak powstaje woda i jak utrzymuje się ona na surowej, pozbawionej powietrza powierzchni Księżyca. Zdaniem ekspertów woda może być obecna na powierzchni Księżyca nie tylko w zimnych, zacienionych miejscach.

Mieliśmy wskazówki, że woda może być obecna po nasłonecznionej stronie Księżyca – powiedział Paul Hertz, dyrektor Wydziału Astrofizyki w Dyrekcji Misji Naukowych w siedzibie NASA w Waszyngtonie. Teraz wiemy, że tam jest. To odkrycie podważa nasze zrozumienie powierzchni Księżyca i rodzi intrygujące pytania dotyczące zasobów istotnych dla eksploracji kosmosu.

Woda jest w kosmosie cennym zasobem i kluczowym składnikiem życia, jakie znamy. Nie wiadomo, czy ta odkryta właśnie na Księżycu będzie łatwa do wykorzystania. W ramach programu Artemis agencja NASA pragnie dowiedzieć się wszystkiego o obecności wody na Księżycu przed wysłaniem kolejnych ludzi na jego powierzchnię w roku 2024 i ustanowieniem tam trwałej obecności człowieka do końca dekady.

Przed obserwacjami SOFIA wiedzieliśmy, że istnieje pewien rodzaj nawodnienia – powiedziała Casey Honniball, główna autorka, która opublikowała wyniki swojej pracy magisterskiej na Uniwersytecie Hawajskim w Mānoa w Honolulu. Ale nie wiedzieliśmy, ile z nich, jeśli w ogóle, to cząsteczki wody – takiej, jaką pijemy każdego dnia – czy może coś bardziej przypominjącego środek do czyszczenia rur.

Bez gęstej atmosfery woda na oświetlonej Słońcem powierzchni Księżyca powinna po prostu zniknąć w kosmosie – wskazała Honniball, która obecnie jest pracownikiem naukowym z tytułem doktora w Goddard Space Flight Center w Greenbelt w stanie Maryland. Jednak coś widzimy. Coś wytwarza wodę i coś musi ją tam więzić – dodała.

W dostarczaniu lub tworzeniu tej wody może brać udział kilka sił. Niosący niewielkie ilości wody deszcz mikrometeorytów może osadzać wodę na powierzchni Księżyca po uderzeniu w nią. Inną możliwością jest dwuetapowy proces, w którym wiatr słoneczny ze Słońca dostarcza wodór na powierzchnię Księżyca i powoduje reakcję chemiczną z minerałami zawierającymi tlen w glebie, tworząc hydroksyl. W międzyczasie promieniowanie pochodzące z bombardowania mikrometeorytów może ulec zmianie.

Wyniki projektu SOFIA opierają się na latach wcześniejszych badań dotyczących obecności wody na Księżycu. Kiedy astronauci Apollo po raz pierwszy wrócili z Księżyca w 1969 roku, uważano, że jest on całkowicie suchy. Misje orbitalne i uderzeniowe w ciągu ostatnich 20 lat, takie jak obserwacja i wykrywanie krateru księżycowego NASA, potwierdziły obecność lodu w stale zacienionych kraterach wokół biegunów Księżyca.

W międzyczasie kilka statków kosmicznych – w tym misja Cassini i misja komety Deep Impact, a także misja Chandrayaan-1 Indyjskiej Organizacji Badań Kosmicznych – oraz naziemny Teleskop Podczerwieni NASA, rozejrzały się po powierzchni Księżyca i znalazły dowody na nawodnienie w słonecznych regionach. Jednak misje te nie były w stanie definitywnie rozróżnić formy, w jakiej był obecny – ani H2O, ani OH.

W tym samym numerze “Nature Astronomy” naukowcy opublikowali artykuł wykorzystujący modele teoretyczne i dane sondy NASA Lunar Reconnaissance Orbiter, wskazując, że woda może być uwięziona w miejscach nieco ocienionych, gdzie temperatura utrzymuje się poniżej zera, na większej powierzchni Księżyca, niż się obecnie spodziewano.

Woda jest cennym zasobem, zarówno do celów naukowych, jak i do użytku przez naszych odkrywców – powiedział Jacob Bleacher, główny naukowiec ds. eksploracji w dyrekcji ds. Eksploracji Ludzi i Misji Operacyjnych NASA. Jeśli będziemy w stanie wykorzystać zasoby Księżyca, będziemy mogli zabrać mniej wody i więcej sprzętu, aby umożliwić nowe odkrycia naukowe – wskazał.