Obserwatorium Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy (SOFIA) po raz pierwszy potwierdziło obecność wody na oświetlonej słońcem powierzchni Księżyca.
To odkrycie wskazuje, że woda może być rozprowadzana po powierzchni Księżyca, a nie tylko w zimnych, zacienionych miejscach.
Dopiero dzisiaj udowodniono, że na Księżycu są cząsteczki wody (H2O). Wcześniej były to tylko przypuszczenia.
SOFIA wykryła cząsteczki wody (H2O) w kraterze Clavius, jednym z największych kraterów widocznych z Ziemi, znajdującym się na południowej półkuli Księżyca. Wcześniejsze obserwacje powierzchni Księżyca wykryły pewną formę wodoru, ale nie były w stanie odróżnić wody od jej bliskiego krewnego, hydroksylu (OH). Dane z tego miejsca ujawniają wodę w stężeniach od 100 do 412 części na milion – w przybliżeniu równoważne 12-uncjowej butelce wody – uwięzionej w metrze sześciennym gleby rozrzuconej po powierzchni Księżyca. Wyniki zostały opublikowane w najnowszym numerze Nature Astronomy.
„Mieliśmy wskazówki, że H2O – woda, którą znamy – 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”.
Dla porównania, pustynia Sahara ma 100 razy więcej wody niż ta wykryta przez SOFIA w księżycowej glebie. Pomimo niewielkich ilości, odkrycie nasuwa nowe pytania o to, jak powstaje woda i jak utrzymuje się ona na surowej, pozbawionej powietrza powierzchni Księżyca.
Woda jest cennym zasobem w kosmosie i kluczowym składnikiem życia, jakie znamy. Nie wiadomo, czy znaleziona woda jest łatwo dostępna do wykorzystania jako zasób. W ramach programu Artemis NASA pragnie dowiedzieć się wszystkiego o obecności wody na Księżycu przed wysłaniem pierwszej kobiety i następnego mężczyzny na powierzchnię Księżyca w 2024 roku. Człowiek tam ma być obecny do końca dekady.
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 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 słonecznym regionie. Jednak misje te nie były w stanie definitywnie rozróżnić formy, w jakiej była obecna – ani H2O, ani OH.
„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, jeśli w ogóle, to cząsteczki wody – takie jakie pijemy każdego dnia – lub coś bardziej jak środek do czyszczenia rur”.
SOFIA
SOFIA zaoferowała nowy sposób patrzenia na Księżyc. Latający na wysokości do 45 000 stóp zmodyfikowany Boeing 747SP Jetliner z teleskopem o średnicy 106 cali osiąga ponad 99% pary wodnej jaka jest w atmosferze ziemskiej, aby uzyskać wyraźniejszy obraz wszechświata w podczerwieni. Używając swojej kamery podczerwieni Faint Object dla teleskopu SOFIA (FORCAST), SOFIA była w stanie wychwycić specyficzną długość fali, unikalną dla cząsteczek wody, 6,1 mikronów i odkryła stosunkowo zaskakujące stężenie w słonecznym kraterze Clavius.
Jak powstaje woda na Księżycu
„Bez gęstej atmosfery woda na oświetlonej słońcem powierzchni Księżyca powinna po prostu zniknąć w kosmosie” – powiedział Honniball, który obecnie jest pracownikiem naukowym z tytułem doktora w Goddard Space Flight Center w Greenbelt w stanie Maryland. „Jednak jakoś to widzimy. Coś wytwarza wodę i coś musi ją tam więzić”.
W dostarczaniu lub tworzeniu tej wody może brać udział kilka sił. Deszcz mikrometeorytów na powierzchni Księżyca, niosący niewielkie ilości wody może osadzać wodę na powierzchni Księżyca po ich uderzeniu. 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 przekształcić ten hydroksyl w wodę.
To, w jaki sposób woda jest następnie magazynowana – umożliwiając gromadzenie się – również rodzi intrygujące pytania. Woda mogłaby zostać uwięziona w maleńkich strukturach przypominających kulki w glebie, które powstają z wysokiej temperatury wytwarzanej przez uderzenia mikrometeorytów. Inną możliwością jest to, że woda może być ukryta między ziarnami księżycowej gleby i osłonięta przed słońcem – potencjalnie czyniąc ją nieco bardziej dostępną niż woda uwięziona w strukturach przypominających koraliki.
Co dalej…
„Tak naprawdę to był pierwszy raz, kiedy SOFIA spojrzała na Księżyc i nie byliśmy nawet do końca pewni, czy otrzymamy wiarygodne dane, ale pytania dotyczące wody na Księżycu zmusiły nas do spróbowania” – powiedział Naseem Rangwala, projektant SOFIA, naukowiec z Ames Research Center NASA w Kalifornijskiej Dolinie Krzemowej. „To niewiarygodne, że odkrycie to wynikało z czegoś, co zasadniczo było testem, a teraz, gdy wiemy, że możemy to zrobić, planujemy więcej lotów, aby zrobić więcej obserwacji”.
Kolejne loty SOFIA będą szukać wody w dodatkowych miejscach nasłonecznionych i podczas różnych faz księżyca, aby dowiedzieć się więcej o tym, jak woda jest produkowana, przechowywana i przemieszczana po Księżycu. Dane zostaną wykorzystane w przyszłych misjach na Księżycu, takich jak NASA Volatiles Investigating Polar Exploration Rover (VIPER), aby stworzyć pierwsze mapy zasobów wodnych Księżyca do przyszłej eksploracji kosmosu przez człowieka.
„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”.
SOFIA to wspólny projekt NASA oraz niemieckiego Centrum Lotnictwa i Kosmonautyki.