I forskning som kan visa sig användbar för framtida månutforskare, forskare från Brown University har skapat den första kvantitativa kartan över vatten och dess kemiska byggstenar fångade i den översta delen av månens jord.

Studien, publiceras i Vetenskapens framsteg , bygger på den första upptäckten 2009 av vatten och en relaterad molekyl – hydroxyl, som består av en atom vardera av väte och syre — i månens jord. Den senaste studien använder en ny kalibrering av data hämtade från NASA:s Moon Mineralogy Mapper, som flög ombord på Indiens rymdfarkost Chandrayaan-1, för att kvantifiera hur mycket vatten som finns på global skala.

"Vattnets signatur finns nästan överallt på månens yta, inte begränsat till polarområdena som tidigare rapporterats, " sa studiens huvudförfattare, Shuai Li, som utförde arbetet samtidigt som doktorand. student vid Brown University och är nu postdoktor vid University of Hawaii. "Mängden vatten ökar mot polerna och visar ingen signifikant skillnad mellan distinkta sammansatta terräng."

Vattenkoncentrationen når ett maximalt genomsnitt på cirka 500 till 750 ppm på de högre breddgraderna. Det är inte mycket - mindre än vad som finns i sanden i jordens torraste öknar - men det är inte heller ingenting.

"Detta är en färdplan till var vatten finns på månens yta, sa Ralph Milliken, en docent vid Brown och Lis medförfattare. "Nu när vi har dessa kvantitativa kartor som visar var vattnet finns och i vilka mängder, vi kan börja fundera på om det kan vara värt att extrahera, antingen som dricksvatten för astronauter eller för att producera bränsle."

Forskarna säger att hur vattnet är fördelat över månen ger ledtrådar om dess källa. Fördelningen är i stort sett enhetlig snarare än fläckig, med koncentrationer som gradvis minskar mot ekvatorn. Det mönstret stämmer överens med implantation via solvind - det ständiga bombardementet av protoner från solen, som kan bilda hydroxyl och molekylärt vatten när det väl är på plats.

Även om huvuddelen av vattnet som kartlagts i denna studie kan tillskrivas solvind, det fanns undantag. Till exempel, forskarna fann högre än genomsnittliga koncentrationer av vatten i månens vulkaniska avlagringar nära månens ekvator, där bakgrundsvatten i marken är ont om. Istället för att komma från solvind, vattnet i dessa lokala avlagringar kommer troligen från djupt inuti månens mantel och bröt ut till ytan i månmagma. Li och Milliken rapporterade dessa fynd separat i juli i år.

Studien fann också att koncentrationen av vatten förändras under måndagen på breddgrader lägre än 60 grader, går från blötare tidigt på morgonen och kvällen till nästan bentorrt runt månens middagstid. Fluktuationen kan vara så mycket som 200 delar per miljon.

"Vi vet inte exakt vad mekanismen är för denna fluktuation, men det säger oss att processen med vattenbildning i månens mark är aktiv och pågår idag, ", sa Milliken. "Detta ökar möjligheten att vatten kan återackumuleras efter extraktion, men vi måste bättre förstå fysiken kring varför och hur detta händer för att förstå tidsskalan över vilken vatten kan förnyas."

Li säger att laboratorieforskning kan vara användbar för att bättre förstå den här typen av processer. "Vi hoppas att detta motiverar planetariska samfundet att fortsätta laboratorieexperiment för att förstå samspelet mellan solvind och månens jord och möjliga mekanismer för hur vatten migrerar över månens yta på dessa relativt korta tidsskalor, " han sa.

Hur användbara de nya kartorna än kan vara, de lämnar fortfarande massor av obesvarade frågor om månens vatten. Månen mineralogi kartläggare, som tillhandahöll data för forskningen, mäter ljus som reflekteras från månens yta. Det betyder att den inte kan leta efter vatten på platser som är permanent skuggade av solens strålar. Många forskare tror att dessa permanent skuggade regioner, såsom golven på nedslagskratrar i månens polarområden, kan hålla stora avlagringar eller vattenis.

"De där isavlagringarna kan verkligen finnas där, Milliken sa, "men eftersom de är i skuggade områden är det inte något vi enkelt kan bekräfta med dessa data."

Det är inte heller klart hur djupt ner i jorden vattnet som kartlagts i studien går.

"Vi känner bara av den övre millimetern eller så av jord, och vi kan inte säga säkert hur vatteninnehållet är under det, Milliken sa. "Fördelningen av vatten med djup kan göra stor skillnad när det gäller hur mycket vatten som faktiskt finns där."

Fortfarande, forskarna säger, studien ger en bra utgångspunkt för att fundera över hur månens vattenresurser kan utnyttjas.

"Det återstår att se om utvinning kan vara genomförbart, "Milliken sa. "Men de här resultaten visar oss vad utbudet av vattentillgänglighet över ytan är så att vi kan börja fundera på vart vi kanske vill gå för att få tag i det och om det är ekonomiskt vettigt att göra det."