Wanneer een stroom geladen deeltjes, bekend als de zonnewind, met 450 kilometer per seconde (of bijna 1 miljoen mijl per uur) op het oppervlak van de maan komt, ze verrijken het oppervlak van de maan met ingrediënten die water kunnen maken, NASA-wetenschappers hebben ontdekt.

Met behulp van een computerprogramma, wetenschappers simuleerden de chemie die zich ontvouwt wanneer de zonnewind het oppervlak van de maan bekogeld. Terwijl de zon protonen naar de maan stuurt, ze vonden, die deeltjes interageren met elektronen op het maanoppervlak, waterstof (H)-atomen maken. Deze atomen migreren vervolgens door het oppervlak en hechten zich vast aan de overvloedige zuurstof (O) -atomen gebonden in het silica (SiO2) en andere zuurstofdragende moleculen die de maanbodem vormen, of regoliet. Samen, waterstof en zuurstof maken het molecuul hydroxyl (OH), een bestanddeel van water, of H2O.

"We zien water als iets speciaals, magische verbinding, " zei William M. Farrell, een plasmafysicus bij NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, die hielpen bij het ontwikkelen van de simulatie. "Maar hier is wat verbazingwekkend is:elke steen heeft het potentieel om water te maken, vooral na te zijn bestraald door de zonnewind."

Begrijpen hoeveel water - of de chemische componenten ervan - beschikbaar zijn op de maan, is van cruciaal belang voor NASA's doel om mensen te sturen om daar een permanente aanwezigheid te vestigen, zei Orenthal James Tucker, een natuurkundige bij Goddard die het simulatieonderzoek leidde.

"We proberen meer te weten te komen over de dynamiek van het transport van waardevolle hulpbronnen zoals waterstof rond het maanoppervlak en door zijn hele exosfeer, of zeer dunne atmosfeer, zodat we weten waar we heen moeten om die hulpbronnen te oogsten, " zei Tucker, die onlangs de simulatieresultaten in het tijdschrift beschreef JGR-planeten .

Verschillende ruimtevaartuigen gebruikten infraroodinstrumenten die het door de maan uitgezonden licht meten om de chemie van het oppervlak te identificeren. Deze omvatten NASA's Deep Impact-ruimtevaartuig, die op weg naar komeet 103P/Hartley 2 talrijke nauwe ontmoetingen had met het Aarde-Maansysteem; NASA's Cassini-ruimtevaartuig, die de maan passeerde op weg naar Saturnus; en India's Chandrayaan-1, die tien jaar geleden om de maan cirkelde. Allemaal gevonden bewijzen van water of zijn componenten (waterstof of hydroxyl).

Maar hoe deze atomen en verbindingen zich op de maan vormen, is nog een open vraag. Het is mogelijk dat meteoorinslagen de noodzakelijke chemische reacties initiëren, maar veel wetenschappers geloven dat de zonnewind de belangrijkste drijfveer is.

Tuckers simulatie, die de levenscyclus van waterstofatomen op de maan volgt, ondersteunt het idee van zonnewind.

"Uit eerder onderzoek we weten hoeveel waterstof er binnenkomt van de zonnewind, we weten ook hoeveel er in de zeer dunne atmosfeer van de maan zit, en we hebben metingen van hydroxyl in het oppervlak, "Zei Tucker. "Wat we nu hebben gedaan, is uitzoeken hoe deze drie voorraden waterstof fysiek met elkaar verweven zijn."

Door te laten zien hoe waterstofatomen zich op de maan gedragen, werd duidelijk waarom ruimtevaartuigen fluctuaties in de hoeveelheid waterstof in verschillende delen van de maan hebben gevonden. Minder waterstof accumuleert in warmere streken, zoals de evenaar van de maan, omdat waterstofatomen die daar zijn afgezet door de zon worden bekrachtigd en snel van het oppervlak naar de exosfeer ontsnappen, concludeerde het team. Omgekeerd, meer waterstof lijkt zich op te hopen in het koudere oppervlak bij de polen omdat er minder zonnestraling is en de uitgassing wordt vertraagd.

Algemeen, Tucker's simulatie laat zien dat als zonnewind voortdurend het oppervlak van de maan blaast, het verbreekt de bindingen tussen atomen van silicium, ijzer en zuurstof die het grootste deel van de grond van de maan vormen. Dit laat zuurstofatomen achter met onbevredigde bindingen. Terwijl waterstofatomen door het oppervlak van de maan stromen, ze komen tijdelijk vast te zitten met de losgeslagen zuurstof (langer in koude streken dan in warme). Ze zweven van O naar O voordat ze uiteindelijk in de atmosfeer van de maan diffunderen, en, uiteindelijk, naar de ruimte. "Het hele proces is als een chemische fabriek, ' zei Farrel.

Een belangrijke vertakking van het resultaat, Farrel zei, is dat elke blootgestelde hoeveelheid silica in de ruimte - van de maan tot een kleine stofkorrel - het potentieel heeft om hydroxyl te creëren en zo een chemische fabriek voor water te worden.