En ny studie av satellitdata visar att många vulkaniska avlagringar fördelade över månens yta innehåller ovanligt stora mängder instängt vatten jämfört med omgivande terräng. Fyndet av vatten i dessa gamla avlagringar, som tros bestå av glaspärlor som bildas av det explosiva utbrottet av magma som kommer från månens djupa inre, stärker tanken att månmanteln är förvånansvärt vattenrik.

Forskare hade i flera år antagit att månens inre till stor del hade varit utarmat på vatten och andra flyktiga föreningar. Det började förändras 2008, när ett forskarlag inklusive Brown University-geologen Alberto Saal upptäckte spårmängder av vatten i några av de vulkaniska glaspärlorna som togs tillbaka till jorden från Apollo 15- och 17-uppdragen till månen. Under 2011, ytterligare studier av små kristallina formationer i dessa pärlor visade att de faktiskt innehåller liknande mängder vatten som vissa basalter på jorden. Det antyder att månens mantel — delar av den, åtminstone – innehålla lika mycket vatten som jordens.

"Nyckelfrågan är om dessa Apollo-prover representerar bulkförhållandena i månens inre eller istället representerar ovanliga eller kanske anomala vattenrika regioner inom en annars "torr" mantel, sa Ralph Milliken, huvudförfattare till den nya forskningen och en docent vid Browns Department of Earth, Miljö- och planetvetenskap. "Genom att titta på orbitaldata, vi kan undersöka de stora pyroklastiska avlagringarna på månen som aldrig togs prov av Apollo- eller Luna-uppdragen. Det faktum att nästan alla av dem uppvisar signaturer av vatten tyder på att Apollo-proverna inte är onormala, så det kan vara så att månens inre är våt."

Forskningen, som Milliken skrev tillsammans med Shuai Li, en postdoktor vid University of Hawaii och nyligen en Brown Ph.D. examen, publiceras i Naturgeovetenskap .

Att upptäcka vatteninnehållet i månens vulkaniska avlagringar med hjälp av orbitalinstrument är ingen lätt uppgift. Forskare använder orbitalspektrometrar för att mäta ljuset som studsar från en planetarisk yta. Genom att titta på vilka våglängder av ljus som absorberas eller reflekteras av ytan, forskare kan få en uppfattning om vilka mineraler och andra föreningar som finns.

Problemet är att månens yta värms upp under loppet av en dag, speciellt på de breddgrader där dessa pyroklastiska avlagringar finns. Det betyder att förutom ljuset som reflekteras från ytan, spektrometern slutar också med att mäta värme.

"Den termiskt utsända strålningen sker vid samma våglängder som vi behöver använda för att leta efter vatten, " sa Milliken. "Så för att med säkerhet kunna säga att det finns vatten, vi måste först redogöra för och ta bort den termiskt emitterade komponenten."

Att göra det, Li och Milliken använde laboratoriebaserade mätningar av prover som returnerades från Apollo-uppdragen, kombinerat med en detaljerad temperaturprofil av de intressanta områdena på Månens yta. Med den nya termiska korrigeringen, forskarna tittade på data från Moon Mineralogy Mapper, en avbildningsspektrometer som flög ombord på Indiens Chandrayaan-1 månbana.

Forskarna hittade bevis på vatten i nästan alla stora pyroklastiska avlagringar som tidigare hade kartlagts över månens yta, inklusive avlagringar nära Apollo 15 och 17 landningsplatser där de vattenförande glaspärlproverna samlades in.

"Fördelningen av dessa vattenrika avlagringar är nyckeln, " sa Milliken. "De är utspridda över ytan, vilket säger oss att vattnet som hittades i Apollo-proverna inte är en engångsföreteelse. Månpyroklasterna verkar vara universellt vattenrika, vilket antyder att detsamma kan vara sant för manteln."

Tanken att månens inre är vattenrikt väcker intressanta frågor om månens bildning. Forskare tror att månen bildades av skräp som lämnats kvar efter att ett föremål ungefär lika stort som Mars slog in i jorden mycket tidigt i solsystemets historia. En av anledningarna till att forskare hade antagit att månens inre borde vara torrt är att det verkar osannolikt att något av det väte som behövs för att bilda vatten kunde ha överlevt värmen från den påverkan.

"De växande bevisen för vatten inne i månen tyder på att vattnet på något sätt överlevde, eller att det togs in kort efter nedslaget av asteroider eller kometer innan månen hade stelnat helt, "Sa Li. "Vattnets exakta ursprung i månens inre är fortfarande en stor fråga."

Förutom att kasta ljus över vattenhistorien i det tidiga solsystemet, forskningen kan också få konsekvenser för framtida månutforskning. De vulkaniska pärlorna innehåller inte mycket vatten — cirka 0,05 viktprocent, forskarna säger - men fyndigheterna är stora, och vattnet skulle potentiellt kunna utvinnas.

"Andra studier har föreslagit närvaron av vattenis i skuggade områden vid månens poler, men de pyroklastiska avlagringarna finns på platser som kan vara lättare att komma åt, ", sa Li. "Allt som hjälper till att rädda framtida månutforskare från att behöva ta med mycket vatten hemifrån är ett stort steg framåt, och våra resultat föreslår ett nytt alternativ."