Het zuidpoolgebied van de maan herbergt enkele van de meest extreme omgevingen in het zonnestelsel:het is onvoorstelbaar koud, enorm bekraterd, en heeft gebieden die ofwel constant in zonlicht of in duisternis baden. Precies daarom wil NASA er in 2024 astronauten naartoe sturen als onderdeel van haar Artemis-programma.

Het meest aanlokkelijke kenmerk van deze meest zuidelijke regio zijn de kraters, waarvan sommige nooit het daglicht hun vloer zien bereiken. De reden hiervoor is de lage hoek van het zonlicht dat bij de polen op het oppervlak valt. Aan een persoon die op de zuidpool van de maan staat, de zon zou aan de horizon verschijnen, het oppervlak zijdelings verlichten, en, dus, voornamelijk de randen van sommige kraters afromen terwijl hun diepe interieur in de schaduw blijft.

Als gevolg van de permanente duisternis, NASA's Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) heeft de koudste temperaturen in het zonnestelsel gemeten in deze kraters, die bekend zijn geworden als perfecte omgevingen voor het bewaren van materiaal zoals water voor eonen. Of dat dachten we.

Het blijkt dat ondanks een temperatuur die daalt tot -388 graden Fahrenheit (-233 graden Celsius) en de vorst vermoedelijk vrijwel voor altijd in de grond kan worden vastgehouden, het water ontsnapt langzaam aan de bovenkant, superdunne laag (dunner dan de breedte van een rode bloedcel) van het maanoppervlak. NASA-wetenschappers rapporteerden deze bevinding onlangs in papier in het tijdschrift Geofysische onderzoeksbrieven .

"Mensen denken dat sommige gebieden in deze poolkraters water vasthouden en dat is het dan, " zei William M. Farrell, een plasmafysicus bij NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, die het maanvorstonderzoek leidde. "Maar er zijn zonnewinddeeltjes en meteoroïden die het oppervlak raken, en ze kunnen reacties veroorzaken die doorgaans optreden bij warmere oppervlaktetemperaturen. Dat is iets dat niet is benadrukt."

In tegenstelling tot de aarde, met zijn pluche sfeer, de maan heeft geen atmosfeer om het oppervlak te beschermen. Dus wanneer de zon geladen deeltjes, bekend als de zonnewind, in het zonnestelsel spuit, sommigen van hen bombarderen het oppervlak van de maan en schoppen watermoleculen op die naar nieuwe locaties stuiteren.

Hetzelfde, eigenzinnige meteoroïden slaan constant in het oppervlak en ontwortelen grond vermengd met bevroren stukjes water. Meteoroïden kunnen deze gronddeeltjes - die vele malen kleiner zijn dan de breedte van een mensenhaar - tot 30 kilometer van de plaats van inslag wegschieten, afhankelijk van de grootte van de meteoroïde. De deeltjes kunnen zo ver reizen omdat de maan een lage zwaartekracht heeft en geen lucht om dingen te vertragen:"Dus elke keer dat je een van deze effecten hebt, een zeer dunne laag ijskorrels wordt over het oppervlak verspreid, blootgesteld aan de hitte van de zon en aan de ruimteomgeving, en uiteindelijk gesublimeerd of verloren gaan aan andere milieuprocessen, " zei Dana Hurley, een planetaire wetenschapper aan het Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory in Laurel, Maryland.

Hoewel het belangrijk is om te bedenken dat zelfs in de beschaduwde kraters langzaam water naar buiten sijpelt, het is mogelijk dat er water wordt toegevoegd, te, noteren de auteurs van het papier. IJzige kometen die op de maan botsen, plus de zonnewind, zou het kunnen aanvullen als onderdeel van een wereldwijde watercyclus; dat is iets wat wetenschappers proberen uit te zoeken. Aanvullend, het is niet duidelijk hoeveel water er is. Zit het alleen in de bovenste laag van het oppervlak van de maan of strekt het zich diep uit in de korst van de maan, wetenschappers vragen zich af?

Hoe dan ook, de bovenste laag poolkratervloeren wordt in de loop van duizenden jaren opnieuw bewerkt, volgens berekeningen van Farrell, Hurley, en hun team. Daarom, de vage stukjes vorst die wetenschappers aan de polen hebben gedetecteerd met behulp van instrumenten zoals LRO's Lyman Alpha Mapping Project (LAMP)-instrument, kunnen slechts 2 zijn, 000 jaar oud, in plaats van miljoenen of miljarden jaren oud zoals sommigen zouden verwachten, Farrell's team geschat. "We kunnen deze kraters niet zien als ijzige dode plekken, " hij merkte.

Om de berekeningen van zijn team te bevestigen, Farrel zei, een toekomstig instrument dat in staat is om waterdamp te detecteren, zou moeten vinden, boven het oppervlak van de maan, één tot tien watermoleculen per kubieke centimeter die zijn vrijgekomen door inslagen.

Het goede nieuws voor toekomstige maanverkenning

Voor aanstaande wetenschap en verkenning, de verstrooiing van waterdeeltjes zou goed nieuws kunnen zijn. Het betekent dat astronauten zichzelf en hun instrumenten misschien niet hoeven te onderwerpen aan de barre omgeving van beschaduwde kratervloeren om waterrijke grond te vinden - ze zouden het gewoon in zonnige streken in de buurt kunnen vinden.

"Dit onderzoek vertelt ons dat meteoroïden een deel van het werk voor ons doen en materiaal transporteren van de koudste plaatsen naar enkele van de grensgebieden waar astronauten er toegang toe hebben met een op zonne-energie aangedreven rover, "Zei Hurley. "Het vertelt ons ook dat we naar de oppervlakte van een van deze regio's moeten gaan en wat gegevens uit de eerste hand moeten krijgen over wat er gebeurt."

Het bereiken van het maanoppervlak zou het veel gemakkelijker maken om te beoordelen hoeveel water er op de maan is. Omdat het water op afstand herkennen, vooral in permanent beschaduwde kraters, is een lastige zaak. The primary way that scientists find water is through remote sensing instruments that can identify what chemical elements things are made of based on the light they reflect or absorb. "But for that, you need a light source, " Hurley said. "And by definition, these permanently shadowed regions don't have a strong one."

Understanding the Water Environment on the Moon

Until NASA astronauts get back to the Moon to dig up some soil, or the agency sends new instruments near the surface that can sniff out floating water molecules, the research team's theory about the influence of meteoroids on the environment inside shadowed craters could help chip away at some of the mysteries surrounding the Moon's water. It already has helped scientists understand if the uppermost surface water is new or ancient, or how it may migrate around the Moon. Another thing meteoroid impacts to the crater floors could help explain is why scientists are finding patches of wispy frost diluted in regolith, or Moon soil, rather than blocks of pure water ice.

Even though water questions abound, it's important to remember, Farrell said, that it was only in the last decade that scientists found evidence that the Moon is not a dry, dead rock, as many had long assumed. The LRO, with its thousands of orbits and 1 petabyte of returned science data (equivalent to about 200, 000, high-definition, feature-length films streamed online), has been instrumental. So has the Lunar Crater Observation and Sensing Satellite (LCROSS), which revealed frozen water after purposely crashing into Cabeus crater in 2009 and releasing a plume of preserved material from the crater floor that included water.

"We suspected there was water at the poles and learned for sure from LCROSS, but we now have evidence that there's water at mid latitudes, " Farrell said. "We also have evidence that there's water coming from micrometeoroid impacts, and we have measurements of frost. But the question is, how are all these water sources related?"

That's a question Farrell and his colleagues are closer to answering than ever before.