Woda na Księżycu może być wytwarzana przez wiatr słoneczny

Naukowcy od lat 60. ubiegłego wieku stawiają hipotezę, że Słońce jest źródłem składników, dzięki którym powstaje woda na Księżycu. Może mieć to wpływ na przyszłe załogowe misje na Srebrny Glob.

.Badacze z NASA przeprowadzili symulacje laboratoryjnej, które wskazują, że wiatr słoneczny uderzając w powierzchnię Księżyca, może wyzwalać reakcje chemiczne, prowadzące do powstania wody. Odkrycie to będzie miało wpływ na działania astronautów misji Artemis na południowym biegunie Srebrnego Globu. Astronomowie uważają, że woda na Księżycu w większości jest zamarznięta w stale zacienionych regionach na biegunach, a jest ona niezwykle ważnym zasobem w czasie jego eksploracji. Badanie zostało opisane w czasopiśmie Journal of Geophysical Research: Planets.

Wiatr słoneczny nieustannie jest emitowany przez Słońce. Składa się on głównie z protonów, jąder atomów wodoru, które utraciły swoje elektrony. Poruszając się z prędkością ponad 1 miliona kilometrów na godzinę, wiatr słoneczny rozchodzi się po całym Układzie Słonecznym.

Większość cząstek z gwiazdy nie dociera do powierzchni Ziemi, ponieważ nasza planeta posiada osłonę magnetyczną i atmosferę, która je odbija. Ale Księżyc nie ma takiej ochrony. Jak wykazały modele komputerowe i eksperymenty laboratoryjne, gdy protony uderzają w powierzchnię Srebrnego Globu, która składa się z pylistego i skalistego materiału zwanego regolitem, zderzają się z elektronami i rekombinują, tworząc atomy wodoru.

Jak tłumaczą astronomowie, atomy wodoru mogą następnie migrować po powierzchni Księżyca i wiązać się z obfitymi atomami tlenu już obecnymi w minerałach, takich jak krzemionka, tworząc cząsteczki z grupy hydroksylowej (OH), składnik wody, oraz same cząsteczki wody (H₂O).

Naukowcy znaleźli dowody na obecność cząsteczek z grupy hydroksylowej i wody na powierzchni Księżyca, na głębokości zaledwie kilku milimetrów. Pozostawiają one po sobie rodzaj chemicznego odcisku palca – zauważalne wgłębienie w falistej linii na wykresie, który pokazuje, jak światło oddziałuje z regolitem. Jednak przy użyciu obecnych narzędzi trudno jest je odróżnić, więc badacze używają terminu „woda” w odniesieniu do jednej lub mieszaniny obu cząsteczek.

Astronomowie uważają, że głównym powodem obecności tych cząsteczek jest wiatr słoneczny, chociaż inne źródła, takie jak uderzenia mikrometeorytów, mogą również na to wpływać, generując ciepło i wyzwalając reakcje chemiczne.

Pomiary przeprowadzone przez sondy kosmiczne już wcześniej wskazywały, że wiatr słoneczny jest głównym czynnikiem powodującym powstawanie wody lub jej składników na powierzchni Księżyca. Jedna kluczowa wskazówka, została potwierdzona w ramach nowego eksperymentu – sygnał spektralny (zmiana współczynnika odbicia lub emisyjności materiału) związany z wodą na Srebrnym Globie zmieniał się w ciągu dnia.

W niektórych regionach jest on silniejszy w chłodniejsze poranki i zanika wraz z nagrzewaniem się powierzchni, prawdopodobnie dlatego, że cząsteczki wody i wodoru przemieszczają się lub uciekają w przestrzeń kosmiczną. Gdy pokrywa ponownie ochładza się w nocy, sygnał ponownie osiąga szczyt. Ten dobowy cykl wskazuje na aktywne źródło –zdaniem astronoma najprawdopodobniej wiatr słoneczny – uzupełniające niewielkie ilości wody na Księżycu każdego dnia.

Aby sprawdzić, naukowcy zbudowali niestandardowe urządzenie do pobierania próbek księżycowych Apollo. Instrument wykorzystywał – wiązkę cząstek słonecznych, komorę, która symulowała środowisko księżycowe, oraz detektor cząstek. Wynalazek pozwolił badaczom uniknąć wyjmowania próbki z komory i narażania jej na zanieczyszczenie wodą z powietrza.

Wykorzystując pył z dwóch różnych próbek pobranych na Księżycu przez astronautów misji Apollo 17 w 1972 roku, astronomowie początkowo podgrzali próbki, aby usunąć wszelką możliwą wodę, którą mogły przypadkowo zebrać. Następnie użyli małego akceleratora cząstek do bombardowania pyłu pozorowanym wiatrem słonecznym przez kilka dni – odpowiednik 80 tysięcy lat na Księżycu, w oparciu o wysoką dawkę użytych cząstek.

Naukowcy użyli detektora zwanego spektrometrem do pomiaru ilości światła odbijanego przez cząsteczki pyłu, co pokazało, jak skład chemiczny próbek zmieniał się w czasie.

Badacze zaobserwowali spadek sygnału świetlnego, który odbijał się od detektora dokładnie w punkcie w podczerwonym obszarze widma elektromagnetycznego – w pobliżu 3 mikronów – gdzie woda zwykle pochłania energię, pozostawiając charakterystyczną sygnaturę.

.Chociaż nie mogą jednoznacznie stwierdzić, czy ich eksperyment wytworzył cząsteczki wody, naukowcy stwierdzili, że kształt i szerokość zanurzenia w linii na wykresie sugeruje, że zarówno cząsteczki z grupy hydroksylowej, jak i woda zostały wytworzone w próbkach księżycowych.

Oprac. EG