När en ström av laddade partiklar, känd som solvinden, sprider sig mot månens yta i 450 kilometer per sekund (eller nästan 1 miljon miles per timme), de berikar månens yta med ingredienser som kan göra vatten, NASA-forskare har hittat.

Med hjälp av ett datorprogram, forskare simulerade kemin som utspelar sig när solvinden störtar månens yta. När solen strömmar protoner till månen, de hittade, dessa partiklar interagerar med elektroner i månens yta, gör väte (H) atomer. Dessa atomer vandrar sedan genom ytan och låser sig på de rikliga syreatomerna (O) som är bundna i kiseldioxiden (SiO2) och andra syrebärande molekyler som utgör månens jord, eller regolit. Tillsammans, väte och syre gör molekylen hydroxyl (OH), en komponent av vatten, eller H2O.

"Vi tänker på vatten som detta speciella, magisk förening, sade William M. Farrell, en plasmafysiker vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, som hjälpte till att utveckla simuleringen. "Men här är vad som är fantastiskt:varje sten har potential att göra vatten, speciellt efter att ha blivit bestrålad av solvinden."

Att förstå hur mycket vatten - eller dess kemiska komponenter - som finns tillgängligt på månen är avgörande för NASA:s mål att skicka människor att etablera en permanent närvaro där, sa Orenthal James Tucker, en fysiker vid Goddard som ledde simuleringsforskningen.

"Vi försöker lära oss om dynamiken för transport av värdefulla resurser som väte runt månens yta och genom hela dess exosfär, eller mycket tunn atmosfär, så vi kan veta vart vi ska gå för att skörda dessa resurser, sa Tucker, som nyligen beskrev simuleringsresultaten i journalen JGR Planets .

Flera rymdskepp använde infraröda instrument som mäter ljus som sänds ut från månen för att identifiera kemin på dess yta. Dessa inkluderar NASA:s rymdfarkost Deep Impact, som hade många närträffar med jord-månesystemet på väg till kometen 103P/Hartley 2; NASA:s rymdfarkost Cassini, som passerade månen på väg till Saturnus; och Indiens Chandrayaan-1, som kretsade runt månen för ett decennium sedan. Alla hittade bevis på vatten eller dess komponenter (väte eller hydroxyl).

Men hur dessa atomer och föreningar bildas på månen är fortfarande en öppen fråga. Det är möjligt att meteornedslag initierar de nödvändiga kemiska reaktionerna, men många forskare tror att solvinden är den primära drivkraften.

Tuckers simulering, som spårar livscykeln för väteatomer på månen, stödjer idén om solvind.

"Från tidigare forskning, vi vet hur mycket väte som kommer in från solvinden, vi vet också hur mycket som finns i månens mycket tunna atmosfär, och vi har mätningar av hydroxyl i ytan, "Sa Tucker. "Vad vi har gjort nu är att ta reda på hur dessa tre lager av väte är fysiskt sammanflätade."

Att visa hur väteatomer beter sig på månen hjälpte till att lösa varför rymdskepp har hittat fluktuationer i mängden väte i olika delar av månen. Mindre väte ackumuleras i varmare områden, som månens ekvator, eftersom väteatomer som deponeras där får energi av solen och snabbt avgas från ytan till exosfären, avslutade laget. Omvänt, mer väte verkar ackumuleras i den kallare ytan nära polerna eftersom det finns mindre solstrålning och utgasningen bromsas.

Övergripande, Tuckers simulering visar att när solvinden ständigt spränger månens yta, det bryter bindningarna mellan kiselatomer, järn och syre som utgör majoriteten av månens jord. Detta lämnar syreatomer med otillfredsställda bindningar. När väteatomer strömmar genom månens yta, de fastnar tillfälligt med syret utan gångjärn (längre i kalla områden än i varma). De flyter från O till O innan de slutligen diffunderar in i månens atmosfär, och, i sista hand, in i rymden. "Hela processen är som en kemisk fabrik, sa Farrell.

En viktig förgrening av resultatet, Farrell sa, är att varje exponerad kropp av kiseldioxid i rymden – från månen ner till ett litet dammkorn – har potential att skapa hydroxyl och därmed bli en kemisk fabrik för vatten.