Obecność i pochodzenie wody na powierzchni Księżyca jest przedmiotem rosnącego zainteresowania nauki, szczególnie w kontekście przyszłej eksploracji kosmosu i możliwości eksploatacji zasobów Księżyca. Nowe badania pokazują, że większość wody księżycowej pochodzi z wiatru słonecznego – stałego strumienia naładowanych cząstek emitowanych przez Słońce – a jej rozmieszczenie zależy w dużej mierze od szerokości geograficznej Księżyca i dojrzałości jego gleby (regolitu).
Kluczowe ustalenia z misji Chang’e-6
Zespół naukowców z Instytutu Geologii i Geofizyki Chińskiej Akademii Nauk (IGGCAS) przeanalizował próbki gleby księżycowej przekazane przez chińską misję Chang’e-6, która po raz pierwszy zebrała materiał z niewidocznej strony Księżyca. Próbki wykazały zaskakująco wysokie stężenia hydroksylu (OH) i wody (H2O) oraz wyjątkowo niski stosunek deuteru do wodoru (D/H). Cechy te są w dużej mierze zgodne z teorią, że woda księżycowa pochodzi z wiatru słonecznego.
Porównując te próbki z próbkami z chińskiej misji Chang’e 5 (pobranymi z podobnej szerokości geograficznej na bliższej stronie) i misjami NASA Apollo (z niższych szerokości geograficznych), badanie wskazuje na globalne źródło wody z wiatru słonecznego, którego rozmieszczenie zależy przede wszystkim od szerokości geograficznej i dojrzałości regolitu – wskaźnika zwietrzenia i zmiany gleby księżycowej.
Rola szerokości geograficznej i dojrzałości regolitu
Szerokość geograficzna, ściśle powiązana z temperaturą, wydaje się być ważnym czynnikiem. Poprzednie obserwacje przeprowadzone przez indyjską misję Chandrayaan-1 przy użyciu instrumentu Moon Mineralogy Mapper (M3) początkowo wykazały, że hydroksyl koncentruje się na wyższych szerokościach geograficznych. Chociaż późniejsze analizy dały sprzeczne wyniki, ustalenia Chang’e-6 potwierdzają ten związek. Próbki z wyższych szerokości geograficznych zwykle zawierają więcej wody.
Dojrzałość regolitu również odgrywa ważną rolę. Bardziej dojrzały regolit, który przez dłuższy czas był narażony na działanie czynników atmosferycznych i promieniowania słonecznego, zwykle zawiera wyższe stężenia wody. Próbki Chang’e-6 wykazały silniejsze sygnały poboru wody i wyższą dojrzałość regolitu w porównaniu z próbkami z misji Chang’e-5, chociaż zawierały mniej więcej taką samą ilość wody na poziomie ziaren.
Problem pomiaru wody księżycowej
Dokładne określenie ilości i rozmieszczenia wód powierzchniowych Księżyca jest wyzwaniem. Poprzednie próby analizy danych globalnych przy użyciu różnych metod korekcji termicznej prowadziły do sprzecznych wniosków. Naukowcy podkreślili, że najbardziej wiarygodnych danych dostarcza bezpośrednia analiza laboratoryjna zwróconych próbek gleby księżycowej.
Uzupełnienie luki w wiedzy o niewidocznej stronie Księżyca
Przed chińskimi misjami księżycowymi zrozumienie składu niewidocznej strony Księżyca ograniczało się do danych teledetekcyjnych. Próbki Apollo i Luna dostarczyły cennych informacji na temat zawartości wody i jej pochodzenia, ale zostały pobrane z bliższej strony, na niższych szerokościach geograficznych. Misja Chang’e-5 (2020) dostarczyła glebę z miejsca położonego na średnich szerokościach geograficznych po bliższej stronie, a niedawna misja Chang’e-6 dostarczyła próbki z miejsca położonego na średnich szerokościach geograficznych po drugiej stronie. Próbki te umożliwiają bezpośrednie porównania pomiędzy dwiema stronami Księżyca, poszerzając naszą wiedzę na temat dystrybucji wody.
Metody analityczne i wyniki
Do badania próbek Chang’e-6 badacze zastosowali dwie kluczowe metody analityczne:
- Pomiary spektralne: Oceniono całkowitą zawartość OH/H2O, wykazując stężenie objętościowe 183 ± 34 ppm.
- Profilowanie głębokości NanoSIMS: Stężenie wodoru i stosunki D/H mierzono na poziomie mikroskopijnego ziarna. Analiza ta wykazała wysokie stężenie wodoru (1000–17500 ppm) i wyjątkowo niskie wartości δD (do -983‰) – mocny dowód na pochodzenie wiatru słonecznego.
Konsekwencje dla przyszłej eksploracji Księżyca
Wyniki te wskazują, że wody powierzchniowe Księżyca są prawdopodobnie najliczniejsze w dojrzałym regolicie na wyższych szerokościach geograficznych. Zrozumienie tej zależności ma kluczowe znaczenie dla planowania przyszłych wysiłków na rzecz wykorzystania zasobów Księżyca. Badanie podkreśla znaczenie uwzględnienia zarówno szerokości geograficznej, jak i dojrzałości regolitu podczas poszukiwania wody na Księżycu.
Współpraca badawcza obejmowała Szanghajski Instytut Fizyki Technicznej Chińskiej Akademii Nauk, Instytut Geochemii Chińskiej Akademii Nauk oraz Chińską Akademię Systemów i Innowacji Lotniczych. >Ostatecznie badania te stanowią znaczący krok naprzód w zrozumieniu pochodzenia i rozmieszczenia wody księżycowej oraz jej potencjału w zakresie wspierania przyszłych przedsięwzięć kosmicznych.
