Met behulp van gegevens die meer dan twee decennia geleden zijn verzameld, hebben wetenschappers van het Johns Hopkins Applied Physics Laboratory (APL) in Laurel, Maryland, de eerste volledige kaart van waterstofabundanties op het maanoppervlak samengesteld. De kaart identificeert twee soorten maanmaterialen die verbeterde waterstof bevatten en bevestigt eerdere ideeën over maanwaterstof en water, inclusief bevindingen dat water waarschijnlijk een rol speelde in de oorspronkelijke magma-oceaanvorming en stolling van de maan.

David Lawrence, Patrick Peplowski en Jack Wilson van APL, samen met Rick Elphic van het NASA Ames Research Center, gebruikten orbitale neutronengegevens van de Lunar Prospector-missie om hun kaart te bouwen. De sonde, die in 1998 door NASA werd ingezet, draaide anderhalf jaar rond de maan en stuurde het eerste directe bewijs van versterkt waterstof naar de maanpolen terug, voordat het op het maanoppervlak insloeg.

Wanneer een ster explodeert, geeft hij kosmische stralen vrij, of hoogenergetische protonen en neutronen die met bijna de snelheid van het licht door de ruimte bewegen. Wanneer die kosmische stralen in contact komen met het oppervlak van een planeet of een maan, breken ze de atomen op die lichamen uit elkaar, waardoor protonen en neutronen vliegen. Wetenschappers kunnen een element identificeren en bepalen waar en hoeveel ervan bestaat door de beweging van die protonen en neutronen te bestuderen.

"Stel je voor dat je een spelletje pool speelt en de speelbal staat voor neutronen en de biljartballen voor waterstof", legt Lawrence uit. "Wanneer je een biljartbal raakt met je speelbal, stopt de speelbal met bewegen en wordt de biljartbal in beweging geduwd, omdat beide objecten dezelfde massa hebben. Evenzo, wanneer een neutron in contact komt met waterstof, sterft het en stopt met bewegen , en de waterstof wordt in beweging gebracht. Dus als we minder neutronen zien bewegen, is dat een indicatie dat er waterstof aanwezig is."

Het team heeft de gegevens gekalibreerd om de hoeveelheid waterstof te kwantificeren door de overeenkomstige afname van neutronen gemeten door de Neutronenspectrometer, een van de vijf instrumenten die op Lunar Prospector zijn gemonteerd om zwaartekracht- en compositiekaarten van de maan te voltooien. De bevindingen zijn gepubliceerd in het Journal of Geophysical Research:Planets .

"We waren in staat om gegevens van maanbodemmonsters van de Apollo-missies te combineren met wat we vanuit de ruimte hebben gemeten en hebben uiteindelijk voor het eerst een volledig beeld van waterstof op de maan samengesteld", vervolgde Lawrence.

De kaart van het team bevestigt verbeterde waterstof in twee soorten maanmaterialen. De eerste, op het Aristarchus-plateau, is de thuisbasis van de grootste pyroclastische afzetting van de maan. Deze afzettingen zijn rotsfragmenten die door vulkanen zijn uitgebarsten, wat eerdere waarnemingen bevestigt dat waterstof en/of water een rol speelden bij magmatische gebeurtenissen op de maan. De tweede zijn rotsen van het KREEP-type. KREEP is een acroniem voor maanlavagesteente dat staat voor kalium (K), zeldzame aardelementen (REE) en fosfor (P).

"Toen de maan oorspronkelijk werd gevormd, werd grotendeels aangenomen dat het gesmolten puin was van een enorme impact op de aarde", zei Lawrence. "Terwijl het afkoelde, vormden zich mineralen uit de smelt, en KREEP wordt beschouwd als het laatste type materiaal dat kristalliseert en uithardt."

Lawrence, die deel uitmaakte van het oorspronkelijke team dat de eerste gegevens van de Lunar Prospector-missie in 1998 bestudeerde, zei dat het tijd kostte om voort te bouwen op bestaande inspanningen om een ​​volledige kaart van de naaste buur van de aarde te maken.

"Het afronden van de analyse heeft een aantal jaren geduurd", zegt Lawrence. "Terwijl we alles aan het uitzoeken waren, begonnen we correcties aan te brengen in gegevens waarvan we ontdekten dat het geen waterstof was. We gingen terug en verfijnden eerdere analyses, en voor een groot deel waren we in staat om dat te doen dankzij ontdekkingen van andere missies. bouwen voortdurend voort op eerdere kennis en betreden nieuwe gebieden."

Deze nieuwe kaart voltooit niet alleen de inventaris van waterstof op de maan, maar kan ook leiden tot kwantificering van hoeveel waterstof en water in de maan aanwezig was toen deze werd geboren. In 2013 bevestigden APL-onderzoekers ook de aanwezigheid van waterijs aan de polen op de planeet Mercurius met behulp van gegevens van de neutronenspectrometer op het door APL gebouwde MESSENGER-ruimtevaartuig. Deze ontdekkingen zijn niet alleen belangrijk voor het begrijpen van het zonnestelsel, maar ook voor het plannen van toekomstige menselijke verkenning van het zonnestelsel. + Verder verkennen

Water op de maan?