Långt innan Apollo-uppdragen nådde månen, har jordens enda satelliter varit i fokus för intensivt intresse och forskning. Men tack vare proverna av månsten som returnerades till jorden av Apollo-astronauterna, har forskare kunnat genomföra många studier för att lära sig mer om månens bildning och historia. Ett viktigt forskningsmål har varit att bestämma hur mycket flyktiga element månen har.
Inneboende för detta är att bestämma hur mycket vatten månen har och om den har ett 'vått' inre. Om månen har rikliga vattenkällor kommer det att göra det mycket mer genomförbart att etablera utposter där en dag. Men enligt en ny studie av ett internationellt team av forskare är månens inre sannolikt mycket torrt, vilket de kom fram till efter att ha studerat en serie 'rostiga' månstensprover som samlats in av Apollo 16 uppdrag.
Studien, med titeln ' Magmatisk avgasning i sent skede från en flyktig utarmad måne “, dök upp nyligen iProceedings of the National Academy of Sciences. Leds av James M. D. Day of the Scripps Institution of Oceanography vid University of California, San Diego, finansierades lagets forskning av NASA Emerging Worlds program – som finansierar forskning om solsystemets bildning och tidiga evolution.
Insamlingsplats 66095 (nederst till vänster) och provet 'Rusty Rock' från månstenen som erhölls där (mitten). Kredit: NASA
Att bestämma hur rik månen är när det gäller flyktiga grundämnen och föreningar – som zink, kalium, klor och vatten – är viktigt eftersom det ger insikt i hur månen och jorden bildades och utvecklades. Den mest allmänt accepterade teorin är att månen är resultatet av 'katastrofbildning', där ett objekt i storleken Mars (som heter Theia ) kolliderade med jorden för cirka 4,5 miljarder år sedan.
Skräpet som sparkades upp av denna påverkan smälte så småningom samman för att bilda månen, som sedan flyttade bort från jorden för att anta sin nuvarande bana. I enlighet med denna teori skulle månens yta ha varit ett hav av magma under dess tidiga historia. Som ett resultat skulle flyktiga element och föreningar i månens mantel ha utarmats, ungefär på samma sätt som jordens övre mantel är utarmad på dessa element.
Som Dr. Day förklarade i en Scripps-institution pressmeddelande :
'Det har varit en stor fråga om månen är våt eller torr. Det kan verka som en trivial sak, men det här är faktiskt ganska viktigt. Om månen är torr – som vi har trott de senaste 45 åren, sedan Apollo-uppdragen – skulle det stämma överens med månens bildande i någon sorts katastrofal händelse som bildade den.”
Korspolariserad ljusbild av en del av det inre av månens 'Rusty Rock'. Kredit: NASA
För sin studies skull undersökte teamet en månsten med namnet ' Rusty Rock 66095 ” för att bestämma det flyktiga innehållet i månens inre. Dessa stenar har mystifierat forskare sedan de först kom tillbaka avApollo 16uppdrag 1972. Vatten är en viktig ingrediens för att rosta, vilket fick forskare att dra slutsatsen att månen måste ha en inhemsk vattenkälla – något som verkade osannolikt med tanke på månens extremt svaga atmosfär.
Med hjälp av en ny kemisk analys bestämde Day och hans kollegor nivåerna av istopiskt lätt zink (Zn)66) och tungt klor (Cl37), såväl som halterna av tungmetaller (uran och bly) i berget. Zink var nyckelelementet här, eftersom det är ett flyktigt element som skulle ha betett sig lite som vatten under de extremt varma förhållanden som var närvarande under månens bildning.
I slutändan stöder tillförseln av flyktiga ämnen och tungmetaller i provet teorin att flyktig anrikning av månens yta inträffade som ett resultat av ångkondensation. Med andra ord, när månens yta fortfarande var ett hav av het magma, förångades dess flyktiga ämnen och flydde från det inre. Några av dessa kondenserades sedan och avsattes tillbaka på ytan när den svalnade och stelnade.
Detta skulle förklara den flyktiga naturen hos vissa stenar på månens yta, såväl som nivåerna av lätt zink i både Rusty Rock-proverna och de tidigare studerade vulkaniska glaspärlorna. I grund och botten berikades båda med vatten och andra flyktiga ämnen tack vare extrem avgasning från månens inre. Men samma förhållanden innebar att det mesta av vattnet i månens mantel skulle ha avdunstat och gått förlorat till rymden.
Nära-infraröd bild av månens yta av NASA:s Moon Mineralogy Mapper på den indiska rymdforskningsorganisationens Chandrayaan-1-uppdrag
Bildkredit: ISRO/NASA/JPL-Caltech/Brown Univ./USGS
Detta representerar något av en paradox, eftersom det visar hur stenar som innehåller vatten bildades i en mycket torr, inre del av Månen. Dock som dag anges , den ger en bra förklaring till ett bestående månmysterium:
'Jag tror att den rostiga klippan länge sågs som en sådan konstig nyfikenhet, men i verkligheten säger den oss något mycket viktigt om månens inre. Dessa stenar är gåvorna som fortsätter att ge eftersom varje gång du använder en ny teknik, dessa gamla stenar som samlades in av Buzz Aldrin, Neil Armstrong, Charlie Duke, John Young och Apollo-astronautpionjärerna, får du dessa underbara insikter.”
Dessa resultat motsäger andra studier som tyder på att månens inre är våt, varav en nyligen utfördes av forskare vid Brown University . Genom att kombinera data som tillhandahålls av Chandrayaan-1 och den Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) med nya termiska profiler drog Browns forskargrupp slutsatsen att det finns mycket vatten i vulkaniska avlagringar på månens yta, vilket också kan betyda att det finns stora mängder vatten i månens inre.
Till dessa betonade Day att även om dessa studier presenterar bevis för att vatten finns på månens yta, har de ännu inte gett en solid förklaring till vilka mekanismer som avsatte det på ytan. Day och hans kollegas studie går också emot andra nya studier, som hävdar att månens vatten kom från en extern källa – antingen av kometer som deponerat det, eller från jorden under bildandet av jord-månesystemet.
Andra studier tyder på att bevis från forntida vulkaniska avlagringar tyder på att månmagma innehöll avsevärda mängder vatten, vilket tyder på vatten i det inre. Kredit: Olga Prilipko Huber
De som tror att månens vatten avsattes av kometer nämner likheterna mellan förhållandet mellan väte och deuterium (aka. 'tungt väte') i både Apollo-månstensproverna och kända kometer. De som tror att månens vatten kom från jorden pekar å andra sidan på likheten mellan vattenisotoper på både månen och jorden.
I slutändan behövs framtida forskning för att bekräfta var allt månens vatten kom ifrån, och om det finns i månens inre eller inte. Mot detta syfte bedriver en av Days doktorander – Carrie McIntosh – sin egen forskning om månens glaspärlor och sammansättningen av avlagringarna. Dessa och andra forskningsstudier borde lösa debatten snart nog!
Och inte ett ögonblick för tidigt, med tanke på att flera rymdorganisationer hoppas kunna bygga en månutpost under de kommande decennierna. Om de hoppas på att ha en stadig tillgång på vatten för att skapa hydrazen (raketbränsle) och odla växter, måste de veta om och var det kan hittas!
Vidare läsning: UC San Diego , PNAS