NASA říká, že studené stíny na povrchu měsíce by mohly vysvětlit záhadu měsíční vody

Stíny způsobené drsností povrchu měsíce vytvářejí malá chladná místa, ve kterých se vodní led hromadí i během drsného dne na povrchu měsíce.

Vědci jsou přesvědčeni, že vodní led na měsíčních pólech lze nalézt uvnitř trvale zastíněných kráterů – jinými slovy krátery, které nikdy nedostávají sluneční světlo. Pozorování ale ukazují, že vodní led je také přítomen na velké části povrchu měsíce, dokonce i během dne. Zde je hádanka: Předchozí počítačové modely naznačovaly, že jakýkoli vodní led, který se vytvoří během lunární noci, musí rychle hořet, když nad ním stoupá slunce.

„Před více než deseti lety kosmická loď objevila možnost vody na měsíčním povrchu vedle dne, což potvrdila Stratosférická observatoř NASA pro infračervenou astronomii. [SOFIA] V roce 2020 řekl Bjorn Davidson, vědec z Jet Propulsion Laboratory NASA v jižní Kalifornii. Tato pozorování byla zpočátku neintuitivní: Voda by neměla žít v tom drsném prostředí. To zpochybňuje naše chápání měsíčního povrchu a vyvolává zajímavé otázky o tom, jak těkavé látky, jako je vodní led, přežívají na tělech bez vzduchu. “

V nové studii Davidson a spoluautorka Sona Hosseini, výzkumnice a vědecká pracovnice JPL, naznačují, že stíny způsobené „drsností“ měsíčního povrchu poskytují útočiště pro vodní led, což mu umožňuje vytvářet povrchový mráz daleko od měsíční povrch. Měsíční póly. Vysvětlují také, jak může v této hádance hrát důležitou roli exosféra Měsíce (slabé plyny, které působí jako řidší atmosféra).

Tato ilustrace přiblíží detailní oblast, na kterou se odkazuje na předchozím obrázku, a ukazuje, jak stíny umožňují, aby vodní led zůstal na sluncem osvětleném povrchu měsíce. Jak se stíny pohybují a sledují slunce nad námi, exponovaný mráz zůstává dostatečně dlouhý na to, aby ho kosmická loď detekovala. Uznání: NASA/JPL-Caltech

Lapače vody a kapsy proti mrazu

Mnoho počítačových modelů zjednodušuje povrch Měsíce, takže je plochý a nevýrazný. V důsledku toho se často předpokládá, že se povrch daleko od pólů během lunárního dne rovnoměrně zahřívá, což znemožňuje vodnímu ledu zůstat na sluncem zalitém povrchu dlouho.

Jak je tedy detekována voda na Měsíci mimo trvale zastíněné oblasti? Jedním z vysvětlení tohoto objevu je, že molekuly vody mohly být uvězněny uvnitř hornin nebo skleněného efektu způsobeného úžasným teplem a tlakem meteorických úderů. Vložené do těchto materiálů, jak naznačuje tato hypotéza, voda může zůstat na povrchu, i když je ohřívána sluncem, zatímco vytváří signál detekovaný Sophií.

Ale jeden problém této myšlenky je, že pozorování na Měsíci ukazují, že množství vody klesá před polednem (když je sluneční světlo na vrcholu) a zvyšuje se odpoledne. To naznačuje, že se voda může během lunárního dne přesouvat z jednoho místa na druhé, což by nebylo možné, kdyby se dostali do pasti uvnitř měsíční skály nebo narazili do skla.

Davidson a Hosseini zrevidovali svůj počítačový model, aby zohlednili drsnost povrchu pozorovanou na obrázcích z misí Apollo v letech 1969 až 1972, které ukazují skalnatý a kráterový měsíční povrch a vytvářely do poledne mnoho zastíněných oblastí. Davidson a Hosseini analyzováním této drsnosti povrchu ve svých počítačových modelech vysvětlují, jak se v malých stínech mohou tvořit plískanice a proč se během dne mění distribuce vody.

Protože neexistuje žádná hustá atmosféra pro distribuci tepla po povrchu, mohou velmi studené, zastíněné oblasti, kde teploty mohou klesnout až na minus 350 stupňů Fahrenheita (minus 210 stupňů Celsia), sousedit s horkými oblastmi vystavenými slunci, kde mohou teploty dosáhnout tak nízkých hodnot minus 350 stupňů Fahrenheita (minus 210 stupňů Celsia). Přibližně až 240 stupňů Fahrenheita (120 stupňů Celsia).

Jak slunce sleduje lunární den, povrchový mráz, který se může hromadit v těchto chladných, stinných oblastech, je pomalu vystaven slunečnímu záření a cirkuluje v měsíční exosféře. Molekuly vody pak znovu zamrznou na povrchu a hromadí se jako mráz na jiných chladných, stinných místech.

„Sleet je mobilnější než zachycená voda,“ řekl Davidson. „Tento model proto poskytuje nový mechanismus, který vysvětluje, jak se voda pohybuje mezi měsíčním povrchem a tenčí měsíční atmosférou.“

Jedna hypotéza je, že molekuly vody jsou uvězněny v lunární hmotě (vlevo). Ale nová studie předpokládá, že molekuly vody (vpravo) zůstávají jako mráz na povrchu ve studených stínech a cestují do dalších chladných míst tenkou exosférou. Uznání: NASA/JPL-Caltech

bližší pohled

zatímco toto Není to první studie Aby se zvážila drsnost povrchu při výpočtu měsíčních povrchových teplot, předchozí práce nezohledňovala, jak stíny ovlivňují schopnost molekul vody zůstat na povrchu během dne jako plískanice. Tato nová studie je důležitá, protože nám pomáhá lépe porozumět tomu, jak se měsíční voda uvolňuje a odstraňuje z vnějšího pláště měsíce.

„Pochopení vody jako zdroje je zásadní pro NASA a komerční snahy prozkoumat lidský měsíc v budoucnosti,“ řekl Hosseini. „Pokud je ve slunečních oblastech Měsíce k dispozici voda ve formě mrazu, budoucí průzkumníci ji mohou využít jako zdroj paliva a pitné vody. Nejprve však musíme vědět, jak interagují exosféra a povrch a jakou roli hraje v cyklu. „

Pro testování této teorie vede Hosseini tým vyvíjející ultrakompaktní senzory pro měření slabých signálů z vodního ledu. Lunární miniaturní spektrometr Heterodyne OH (HOLMS) je vyvíjen pro použití v malých stacionárních přistávacích nebo přistávacích vozidlech-jako je například skládací plochý vyskakovací průzkumný robot JPL (A-PUFFER)-který by mohl být odeslán na Měsíc v roce budoucnost pro měření. Přímo pro hydroxyl (molekula obsahující jeden atom vodíku a jeden atom kyslíku).

Hydroxyl, což je molekulární bratranec vody (molekula dva atomy vodíku a jeden atom kyslíku), může sloužit jako indikace toho, kolik vody může být přítomno v exosféře. Voda i hydroxyl mohou být vytvářeny nárazy meteorů a srážkami částic slunečního větru s povrchem Měsíce, takže měření přítomnosti těchto částic ve vnějším obalu Měsíce může odhalit, kolik vody se vytváří a zároveň ukazuje, jak se pohybuje z jednoho místa na druhé. další. Čas je však pro tato měření zásadní.

„Současný průzkum Měsíce mnoha zeměmi a soukromými společnostmi naznačuje důležité umělé změny v měsíčním prostředí v blízké budoucnosti,“ řekl Hosseini. „Pokud tento trend bude pokračovat, zmeškáme příležitost porozumět přirozenému měsíčnímu prostředí, zejména vodě, která cirkuluje v nedotčeném vnějším obalu Měsíce. Pokročilý vývoj ultrakompaktních a vysoce citlivých nástrojů má proto zásadní význam a naléhavost. „

Vědci naznačují, že tato nová studie nám může pomoci lépe porozumět roli, kterou hrají stíny při akumulaci částic vodního ledu a plynu mimo Měsíc, například na Marsu, nebo dokonce na částicích v prstencích Saturnu.

Studie byla zveřejněna v Měsíční oznámení Královské astronomické společnosti 2. srpna 2021.

Odkaz: „Odrazy drsnosti povrchu v modelech absorpce vody na Měsíci“ Bjorn JR Davidson a Sona Hosseini, 2. srpna 2021, Měsíční oznámení Královské astronomické společnosti.
DOI: 10,1093/mnras/stab1360