Jak Księżyc produkuje wodę

Jak Księżyc produkuje wodęOriginal Press Release
Księżyc zachowuje się jak wielka gąbka absorbująca naładowane cząstki wiatru Słonecznego, które na jego powierzchni reagują z tlenem obecnym w pyle księżycowym produkując wodę.

Powierzchnia Księżyca pokryta jest regolitem – mieszaniną nieregularnych okruchów pyłu. Docierające do powierzchni cząstki zostają pochwycone w pustych przestrzeniach pomiędzy okruchami a następnie zaabsorbowane. Kiedy przechwycony zostanie proton oddziałuje on a tlenem zawartym w księżycowym regolicie a jako wynik powstają woda i hydroksyl. Znaczniki tych cząstek zostały wykryte przez instrument M3 (Moon Mineralogy Mapper) na pokładzie sondy Chandrayaan-1.

Wyniki dostarczone przez instrument SARA potwierdzają że jądra wodoru pochodzące ze Słońca są faktycznie absorbowane przez regolit na powierzchni Księżyca, jednak pojawiła się nowa zagadka – nie każdy proton jest absorbowany. Co piąty zostaje odbity w przestrzeń kosmiczną. W tym czasie proton łączy się z elektronem stając się atomem wodoru. „Nie spodziewaliśmy się takich wyników „- zauważa Stas Barabash z Szwedzkiego Instytutu Fizyki Kosmicznej, który ze strony europejskiej kierował badaniami instrumentu SARA.

Chociaż naukowcy nie wiedzą, jaki mechanizm odpowiada za odbicie jednak ich odkrycie toruje drogę nowej metodzie obrazowania obiektów w kosmosie. Atomy wodoru poruszają się z prędkościami około 200 km/sek i przy tej prędkości ich tory nie są praktycznie odchylane przez słabe oddziaływanie grawitacyjne Księżyca. Ponadto – ponieważ wodór jest neutralny – nie jest odchylany przez pola elektromagnetyczne w przestrzeni kosmicznej. Atomy te poruszają się po liniach prostych podobnie do fotonów światła. Teoretycznie zatem można odtworzyć tor lotu atomu do jego źródła otrzymując obraz powierzchni – obszary emitujące najwięcej atomów wodoru będą najjaśniejsze.

Podczas gdy Księżyc nie posiada globalnego pola magnetycznego istnieją na nim lokalne obszary magnetyczne. Zespół Barabasha używa obrazowania wodorowego by poszukiwać tych magnetycznych anomalii w skałach księżycowych. Obszary te generują bąble magnetyczne odchylające tory protonów na zewnątrz – a więc na zdjęciach wodorowych będą rejestrowały się jako ciemne regiony.

Protony stanowią składnik wiatru słonecznego, który zderza się z każdym obiektem w Układzie Słonecznym. Z reguły są zatrzymywane przez atmosferę planet, jednak na obiektach pozbawionych tej osłony – na Księżycu, Merkurym czy asteroidach – mogą docierać do powierzchni. Zespół SARA sądzi, że również tam część z nich zostanie odbita w postaci neutralnych atomów wodoru. Odkrycie to przychodzi w doskonałym momencie dla planowanej misji ESA BepiColombo mającej zostać wysłanej w kierunku Merkurego. Na jej pokładzie znajdą się bowiem dwa instrumenty podobne do SARA a obrazowanie Merkurego za pomocą atomów wodoru może być tym ciekawsze, że intensywność wiatru słonecznego jest tam o wiele większe niż na Księżycu.

Źródła:

  • M. Wieser, S. Barabash, Y. Futaana, M. Holmström, A. Bhardwaj, R. Sridharan, M.B. Dhanya, P. Wurz, A. Schaufelberger and K. Asamura, „Extremely high reflection of solar wind protons as neutral hydrogen atoms from regolith in space”, Planetary and Space Science, 2009
  • ESA Space Science: How the Moon produces its own water
  • Ilustracja: Elsevier 2009 (Wieser et al.), ESA-ISRO SARA data
How the Moon produces its own water

The Moon is a big sponge that absorbs electrically charged particles given out by the Sun. These particles interact with the oxygen present in some dust grains on the lunar surface, producing water. This discovery, made by the ESA-ISRO instrument SARA onboard the Indian Chandrayaan-1 lunar orbiter, confirms how water is likely being created on the lunar surface.

It also gives scientists an ingenious new way to take images of the Moon and any other airless body in the Solar System.

The lunar surface is a loose collection of irregular dust grains, known as regolith. Incoming particles should be trapped in the spaces between the grains and absorbed. When this happens to protons they are expected to interact with the oxygen in the lunar regolith to produce hydroxyl and water. The signature for these molecules was recently found and reported by Chandrayaan-1’s Moon Mineralogy Mapper (M3) instrument team. 

The SARA results confirm that solar hydrogen nuclei are indeed being absorbed by the lunar regolith but also highlight a mystery: not every proton is absorbed. One out of every five rebounds into space. In the process, the proton joins with an electron to become an atom of hydrogen. “We didn’t expect to see this at all,” says Stas Barabash, Swedish Institute of Space Physics, who is the European Principal Investigator for the Sub-keV Atom Reflecting Analyzer (SARA) instrument, which made the discovery.

Although Barabash and his colleagues do not know what is causing the reflections, the discovery paves the way for a new type of image to be made. The hydrogen shoots off with speeds of around 200 km/s and escapes without being deflected by the Moon’s weak gravity. Hydrogen is also electrically neutral, and is not diverted by the magnetic fields in space. So the atoms fly in straight lines, just like photons of light. In principle, each atom can be traced back to its origin and an image of the surface can be made. The areas that emit most hydrogen will show up the brightest.

Whilst the Moon does not generate a global magnetic field, some lunar rocks are magnetised. Barabash and his team are currently making images, to look for such ‘magnetic anomalies’ in lunar rocks. These generate magnetic bubbles that deflect incoming protons away into surrounding regions making magnetic rocks appear dark in a hydrogen image.

The incoming protons are part of the solar wind, a constant stream of particles given off by the Sun. They collide with every celestial object in the Solar System but are usually stopped by the body’s atmosphere. On bodies without such a natural shield, for example asteroids or the planet Mercury, the solar wind reaches the ground. The SARA team expects that these objects too will reflect many of the incoming protons back into space as hydrogen atoms.

This knowledge provides timely advice for the scientists and engineers who are readying ESA’s BepiColombo mission to Mercury. The spacecraft will be carrying two similar instruments to SARA and may find that the inner-most planet is reflecting more hydrogen than the Moon because the solar wind is more concentrated closer to the Sun.

Written by admin

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *