I decennier har astronomer spekulerat i att det kan finnas vatten på månen. Under de senaste åren har denna spekulation bekräftats att den ena kretsande satelliten efter den andra upptäckt vattenis runt Månens södra polarområde. Inom denna del av månens yta, känd som Sydpolen Aitken Basin , vattenis kan bestå på grund av de många permanent skuggade kratrar som finns där.
Men fram till nu har forskare arbetat under antagandet att månens vatten bara fanns i permanent skuggade kratrar. Men tack vare NASA Stratosfärobservatorium för infraröd astronomi (SOFIA), vatten har varit observerad på den solbelysta sidan av månen för första gången. Denna upptäckt indikerar att vatten kan vara fördelat över hela månens yta, och inte begränsat till de mörka hörnen.
Studien som beskriver deras resultat dök nyligen upp i tidskriften Natur astronomi .Studien leddes av Casey Honniball, en postdoktor vid NASA University of Hawaiis Institute of Geophysics and Planetology , och inkluderade medlemmar från Rymdvetenskapsinstitutet (SSI), den Georgia Institute of Technology , den Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory (JHUAPL), och NASA:s Goddard Space Flight Center .
SOFIA är i huvudsak ett modifierat Boeing 747SP-flygplan utrustat med ett 2,7-meters (106-tum) infrarött teleskop. Med ett servicetak på 11 600 till 13 700 meter (38 000 till 45 000 fot) kan SOFIA flyga över 99 % av jordens infrarödblockerande atmosfär och söka efter annars svaga föremål med hjälp av sin Infraröd kamera med svagt föremål för SOFIA-teleskopet (FORTSÄTTNING).
När Dr Honnibal och hennes kollegor observerade månen med SOFIA, var det de märkte närvaron av vattenmolekyler (H2O) i den näst största kratern som är synlig från jorden. Detta är känt som Clavius-kratern, som ligger på månens södra halvklot och mäter 231 km (143,5 mi) i diameter och 3,5 km (2 mi) på djupet.
Som Paul Hertz, chef för Astrophysics Division i NASA:s Science Mission Directorate (SMD), sa i en nyligen genomförd NASA uttalande :
'Vi hade indikationer på att H2O – det välbekanta vattnet vi känner – kan finnas på den solbelysta sidan av månen. Nu vet vi att den finns där. Denna upptäckt utmanar vår förståelse av månens yta och väcker spännande frågor om resurser som är relevanta för utforskning av rymden på djupet.'
Medan tidigare observationer hade upptäckt spår av väte i denna krater men inte kunde avgöra om det var på grund av vatten eller hydroxyl (OH). Denna kemikalie bildas när molekylärt syre i månens regolit binder till väteatomer, vilket är resultatet av laddade partiklar (protoner) som kommer från solen (solvinden) som plockar upp elektroner när de färdas genom rymden.
Månens höjddata som visar sydpolen-Aitkenbassängen. Kredit: NASA/GSFC/University of Arizona
Med hjälp av FORCAST-teleskopet kunde Honnibal och hennes team göra den bestämningen eftersom vätet de upptäckte hade en specifik våglängd som är unik för vattenmolekyler (6,1 mikron). Som Honnibal förklarade:
'Innan SOFIA-observationerna visste vi att det fanns någon form av hydrering. Men vi visste inte hur mycket, om någon, som faktiskt var vattenmolekyler – som vi dricker varje dag – eller något mer som avloppsrenare... Utan en tjock atmosfär borde vatten på den solbelysta månens yta bara gå förlorat till rymden. Men på något sätt ser vi det. Något genererar vattnet, och något måste fånga det där.'
Data som erhållits av SOFIA avslöjade vattenkoncentrationer på 100 till 412 delar per miljon (ppm) i en enda kubikmeter jord spridd över månens yta. Detta motsvarar ungefär en 350 ml (12 oz) flaska och är ungefär 100 gånger mindre vatten än vad Saharaöknen har. Trots denna ringa mängd vatten är upptäckten mycket betydelsefull eftersom den väcker nya frågor om månvattnets ursprung och hur det kan bestå.
Dessutom har detta fynd konsekvenser för månutforskning, särskilt när det gäller långvariga uppdrag och månens livsmiljöer. Som en del av Projekt Artemis , NASA planerar att etablera ett program för 'hållbar månutforskning' som kommer att inkludera en bas runt den södra polarregionen. Närvaron av vattenis kommer inte bara att säkerställa tillgången på dricksvatten utan kan också användas för att tillverka drivmedel.
'Vatten är en värdefull resurs, både för vetenskapliga ändamål och för användning av våra upptäcktsresande', säger Jacob Bleacher, chefsforskare för utforskning av NASA:s Human Exploration and Operations Mission Directorate. 'Om vi kan använda resurserna på månen, då kan vi bära mindre vatten och mer utrustning för att möjliggöra nya vetenskapliga upptäckter.'
En närbild av SOFIAs teleskop och primärspegel. Kredit: NASA/Tom Tschida
Detta fynd är också betydelsefullt på grund av hur det representerar kulmen på årtionden av forskning. När Apollo-astronauterna först landade på månen troddes månen vara helt torr. Intressant nog var det stenarna som dessa uppdrag returnerade som gav de första indikationerna på månvatten, även om dessa avfärdades som ett resultat av förorening vid den tiden.
En annan intressant medverkan från detta senaste fynd är det faktum att det inte är den typ av forskning som SOFIA-uppdraget vanligtvis utför. Vanligtvis styrs SOFIAs observationer på hög höjd av en kamera som spårar stjärnor, vilket gör att kontrollerna kan hålla teleskopet stadigt låst på sitt mål. Dessa inkluderar objekt som är svaga (som röda dvärgar och svarta hål) eller avlägsna objekt, som stjärnhopar och galaxer.
Månen, som varken är svag eller avlägsen, skulle vanligtvis fylla guidekamerans hela synfält. Efter att ha genomfört en testobservation i augusti 2018 var NASA-forskare övertygade om att det var värt ett försök. Sa Naseem Rangwala, SOFIAs projektforskare vid NASA:s Ames Research Center:
'Det var faktiskt första gången SOFIA tittade på månen, och vi var inte ens helt säkra på om vi skulle få tillförlitliga data, men frågor om månens vatten tvingade oss att försöka. Det är otroligt att denna upptäckt kom ur vad som i huvudsak var ett test, och nu när vi vet att vi kan göra detta planerar vi fler flygningar för att göra fler observationer.'
SOFIA under flygning, med sitt teleskop exponerat. Bild: NASA/Jim Ross
Naturligtvis finns det ett antal obesvarade frågor som forskarna fortfarande måste kämpa med. Till att börja med är det frågan om huruvida vattenavlagringar på de solbelysta delarna av månen är tillgängliga eller inte. Det finns också det pågående mysteriet om ursprunget till månvatten (oavsett om det producerades inhemskt eller avsatt), hur det kan ackumuleras och bestå i solbelysta områden och hur det transporteras över månen.
Inom en snar framtid hoppas NASA kunna genomföra uppföljande observationer med SOFIA för att samla in mer data och (förhoppningsvis) svara på dessa frågor. I synnerhet kommer de att leta efter ytterligare vattenkällor på solbelysta platser och under olika månfaser. Dessa data kommer också att informera framtida uppdrag som NASAs Flyktiga undersöker Polar Exploration Rover (VIPER) och hjälp till att skapa de första vattenkällskartorna för mänsklig utforskning.
Vidare läsning: NASA , Natur astronomi