Kőzetekbe zárt vízmolekulákat és vízjégraktárakat találtak a Holdon

Nincsen túlélhető és fenntartható jövőnk tudomány nélkül, ahogy nekünk sincsen nélkületek. Támogasd a Qubit munkáját!

Kőzetekbe zárt vízmolekulák egyértelmű jelenlétét sikerült kimutatni a Hold felszínén - jelentette be az amerikai űrügynökség, a NASA hétfő délután. Emellett egy másik kutatócsoport rengeteg olyan kisebb területet fedezett fel a Hold pólusainak környékén, amelyek hosszabb ideig képesek vízjeget elraktározni. A potenciálisan kiaknázható erőforrások jelenléte jó hír az űrügynökség számára, amely 2024-ben ismét embert küldene a Holdra az Artemis-program keretében.

Az áttörő eredményeket a Nature Astronomy folyóiratban tették közzé, két tanulmányban. Az első a NASA és a német űrhivatal, a DLR repülő obszervatóriuma, a SOFIA infravörös teleszkóp segítségével végzett méréseket ismerteti, amelyek egyértelműen megerősítik vízmolekulák jelenlétét a Hold magasabb szélességű területein. A második, Paul Hayne és kollégái által végzett kutatás olyan apró, örökké árnyékban levő területeket talál a Hold pólusainál, ahol hosszabb ideig megmaradhat a vízjég.

A SOFIA repülő obszervatórium.Fotó: NASA

Korábban a NASA Cassini és Deep Impact űrszondája, valamint az indiai Csandrajáan-1 holdszonda is talált arra utaló jeleket, hogy a Hold felszínén lévő kőzetek hidratált ásványokat tartalmazhatnak. Ezeket a méréseket a felszín összetételét meghatározni képes infravörös spektroszkópokkal végezték, 3 mikrométeres hullámhosszban. Emiatt azonban nem voltak képesek különbséget tenni az ásványokba zárt vízmolekulák és az egy hidrogén- és egy oxigénatomból álló hidroxi-ionok között. 

Az átalakított Boeing 747-esre szerelt SOFIA révén mindez most sikerült Casey Honniballnak és kollégáinak. Az infravörös tartományú teleszkóp 6 mikrométeres hullámhosszon vizsgálta a Holdat, ahol a vízmolekulák ebben a sávban egyedi jelet képeznek. A kutatók arra jutottak, hogy a vizsgált területen 100-400 ppm (parts per million, a molekulák száma egymillió részecskére vetítve) vízmolekula található, ami szerintük főleg vulkáni eredetű üvegekben, esetleg regolitszemcsék között tárolódik. Ez még 400 ppm-el számolva is azt jelenti, hogy nagyon nagy mennyiségű holdi kőzetet és regolitot kellene feldolgozni néhány kilogramm víz előállításához.

A második tanulmányban Paul Hayne és kollégái olyan, örökké árnyékban lévő területeket kerestek a Holdon, ahol a hőmérsékleti viszonyok miatt hosszabb távon is megmaradhat a vízjég. A szakemberek ehhez részben a NASA Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) űrszondájának megfigyeléseit, részben elméleti modelleket használtak fel. Így 1 centiméterestől több kilométeres átmérőig terjedő, apró hideg területeket azonosítottak a pólusokhoz közel. Arra jutottak, hogy ezekből az „apró hideg csapdákból” sokkal több van, mint a Hold pólusain található, vízjég elraktározására alkalmas, nagyobb „hideg csapda” régiókból. A kutatók szerint a Hold felszínén összességeében mintegy 40 ezer négyzetkilométernyi terület van, ahol a felszín képes a vízjég hosszú távú, akár több milliárd évig tartó megőrzésére. Ennek a vízjégnek a kitermelése és felhasználása, főleg ha az nagyobb mennyiségben van jelen, sokkal reálisabb célnak bizonyulhat, mintha ugyanezt a vizet a holdi regolitból vagy felszíni kőzetekből kellene kinyerni.

Az Artemis-misszió látványterveFotó: NASA

A Nature Astronomy összefoglalója alapján ezek a felfedezések arra utalnak, hogy a vízmolekulák több különböző folyamat során keletkeznek vagy jutnak el a Hold felszínére, és valószínűleg az északi és a déli pólusokhoz közeli régióban is el tudnak raktározódni. A jövőbeli emberes küldetések szempontjából a kiutatási eredmények leginkább azért érdekesek, mert olyan új leszállási helyeket nyithatnak meg a pólusokon, ahol az űrhajósok könnyebben hozzáférhetnek ezekhez a jeget raktározó területekhez.

Kőzetekbe zárt vízmolekulák

A szakemberek a Hold déli féltekéján, magas szélességeken elterülő Clavius-kráter közelében végezték a SOFIA-val a vizsgálatokat, kontrollként pedig az alacsony északi szélességeken található Mare Serenitatis lávasíkságot használták.

A Clavius-kráter a Lunar Reconnaissance Orbiter űrszonda felvételénFotó: NASA/LRO

A Clavius-kráter közelében, a 6 mikrométeres infravörös tartományban erős kibocsátási jelet sikerült kimutatniuk minden megfigyelésnél a kontrollként használt lávasíksághoz képest, ami vízmolekulák jelenlétére utalhat. A mérések túlnyomó többsége 2 szigmás megbízhatóságú, azaz 95 százalékos valószínűséggel valós jelről van szó, egy kisebb részük azonban a 4 szigmás, azaz 99,99 százalékos megbízhatóságot is eléri.

Ez azonban még kevés ahhoz, hogy a színkép és a vízmolekulák között egyértelmű kapcsolatról beszéljünk. Ezért a szakirodalom segítségével olyan korábbi vizsgálatokkal hasonlították össze eredményeiket, amelyek ugyanilyen 6 mikrométeres tartományban vettek szemügyre vízmolekulákat tartalmazó földi ásványokat, óceáni hátságoknál keletkező bazaltüvegeket és földi környezetből vizet felvevő meteoritokat. Ezután mindhármat összevetették saját. a Hold felszínét célzó megfigyeléseikkel, amiből kiderült, hogy a színképek valóban egybevágnak. A kutatók ezért úgy értelmezik megfigyeléseiket, hogy azok a Hold felszínén ásványokba és kőzetekbe zárt vízmolekulák jelenlétére utalnak.

A következő kulcskérdés az volt, hogy mennyi vízmolekula található a vizsgált területen. A színkép elnyelési csúcsokat és a korábbi kutatásokat alapul véve a kutatók felállítottak egy összefüggést mérési adataik és a vízmolekulák mennyisége közt. Arra jutottak, hogy a Clavius régióban 100-400 mikrogramm víz lehet jelen minden egyes gramm kőzetre vetítve, 80 mikrogrammos bizonytalanság mellett.

A vízmolekulák eredetére több magyarázat létezik. A Hold nagyon ritka légköréből, azaz exoszférájából a felszíni szemcsék elnyelhetnek vízmolekulákat, a hidroxi-ionok különböző külső hatásokra vízmolekulákká alakulhatnak, illetve a mikrometeoritok becsapódásai is juttathatnak vizet a felszínre. Bár az adatokból nem lehet egyértelműen megállapítani, hogy a SOFIA melyik folyamat jeleire bukkant, a kutatók szerint az a legvalószínűbb, hogy a vízmolekulák becsapódások során keletkező üvegekbe zárva találhatók meg. Ezekben a természetes üvegekben már nagyobb, 300-1300 mikrogramm lehet a vízmolekulák aránya minden egyes gramm kőzetre vetítve.

Ahhoz, hogy nemcsak egy, viszonylag kis területen végzett megfigyelésünk, hanem globális képünk legyen a Holdon található vízmolekulák eloszlásáról, sok további megfigyelésre, illetve a 6 mikrométeres infravörös tartományban is mérni képes műszerekkel rendelkező űrszondákra van szükség.

Jégraktárakként működő apró, hideg területek

A Hold északi és déli pólusainál olyan, hideg csapdáknak nevezett, örök sötétségben lévő régiók vannak, rendkívül alacsony hőmérsékleti viszonyokkal, ahol a vízjég hosszú ideig meg tud maradni az égitest felszínén.  Ezeken a helyeken a felszínre kerülő jég akár több milliárd évig elraktározódhat. A vízjég jelenléte nem csupán hipotetikus: a déli pólus egy régiójában a NASA LCROSS űrszondájának 2009-ben sikerült bizonyítékot rá találnia.

A Hold déli pólusa.Fotó: NASA/LRO

A Paul Hayne és kollégái által végzett kutatás eredményei viszont arra utalnak, hogy sok olyan, kisebb terület is van, ahol szintén felhalmozódhat a vízjég. A szakemberek a Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) űrszonda megfigyeléseire építve 1 centiméterestől 1 kilométeres átmérőig terjedő apró hideg csapdákat azonosítottak. Ezek a hideg csapdák 10-20 százalékát teszik ki, és a leggyakoribb jégraktározó területeket alkotják a Holdon. A kis és nagy hidegcsapdák összesen 40 ezer négyzetkilométer területet fednek le; 60 százalékuk a déli pólus közelében található. Legtöbbjük a 80. szélességi fok felett helyezkedik el, mert az egyenlítőhöz közelebb már túl magas lenne a hőmérséklet a jég megmaradásához.

Az apró hideg csapdák azonosításához a kutatók az LRO űrszonda 1 méter/pixel felbontású felvételeit vizsgálták egy képelemző szoftver segítségével, olyan árnyékos területek után kutatva, ahol a hőmérséklet nem haladja meg a 110 Kelvint (-163 Celsius-fok). A domborzat modellezésével ezután kiderítették, hogy az árnyékok közül melyik lehet folytonos. A déli pólus régióját több tíz kilométeres átmérő feletti kráter borítja, amelyek nagyobb árnyékot vetnek az északi pólus közelében található kilométeres vagy kisebb krátereknél. A szakemberek ezután egy komplex hőmérsékleti modellt állítottak fel, a durvább és simább felszín típusok és kráterek hőmérsékleti viszonyainak megállapítására. Modelljüket végül összevetették a Lunar Reconnaissance Orbiter felszíni hőmérsékletre vonatkozó adataival.

Eredményeik arra utalnak, hogy a Hold északi pólusánál az 1 méter és 10 kilométer közötti hideg csapdák dominálnak, míg a déli pólus közelében inkább a 10 kilométer felettiek. Ennek megfelelően északon 17 ezer négyzetkilométernyi, délen pedig 23 ezer négyzetkilométernyi olyan terület van, ahol a vízjég megmaradhat a felszínen. Azt is meghatározták, hogy a legkisebb hideg csapdák nagyjából 1 centiméteres átmérőjű, örök árnyékban lévő területek lehetnek, amelyekből rengeteg van a Holdon.

A felfedezés alapján a holdi vízjeget felderítő robotszondás vagy emberes küldetések a korábban gondoltnál jóval könnyebben elérhetnek apró hideg csapdákat tartalmazó területeket. Az ezekben található vízjég mennyiségének vizsgálata tudományos szempontból is érdekes lenne, mert segíthet megérteni a vízhez hasonló illékony anyagok forrásait a Naprendszer belső részében.


Kapcsolódó cikkek a Qubiten: