Fragment av månsten som tagits tillbaka från månens yta av astronauter på Apollos rymduppdrag ger nya insikter om varifrån vår planets livgivande vatten kom.

Nästa gång du tar en klunk vatten, ta en stund att fundera över var den kommer ifrån. Det kan ha färdats från en lokal reservoar till din kran, medan vatten på flaska kan komma från källor i ett annat land helt.

Men ny forskning tyder på att vattnet vi dricker och är beroende av för att upprätthålla liv här på jorden kan ha sitt ursprung i en mycket mer avlägsen plats - yttre rymden.

Ny analys av månstensfragment som kom tillbaka av Apollo-astronauter på 1960- och 1970-talen tyder på att mycket av vattnet på vår planet fördes hit av asteroider och kometer som kolliderade med jorden strax efter att den bildades för 4,54 miljarder år sedan.

Forskningen, som använder modern teknik för att titta på sammansättningen av kemiska spår i stenarna, ger också nya bevis för att stödja teorier om hur månen själv bildades och hur spåren av vatten som finns på dess yta kom dit.

"Månen är som en tidskapsel, sa professor Frédéric Moynier, en kosmokemist vid Institut de Physique du Globe de Paris, i Frankrike. "Dess stenar är mycket äldre än något vi kan hitta här på jorden, så de har mycket värdefull information."

Oförändrat

Vulkanisk aktivitet och den kontinuerliga rörelsen av tektoniska plattor har förstört alla de äldsta stenarna här på jorden. Den äldsta som finns här, finns på några platser som Grönland, är bara 3,8 miljarder år gamla.

Månens stenar, dock, har förblivit i stort sett oförändrade sedan den bildades för 4,51 miljarder år sedan. Gömda inuti mineralerna i stenarna finns små mängder kemikalier som zink, kalium, koppar, krom och till och med vatten, som också visade sig finnas i små frusna avlagringar i meteoritnedslagskratrar på månens yta förra året. Dessa kemikalier är kända som flyktiga ämnen på grund av deras relativt låga kokpunkter, vilket innebär att de kan avdunsta från en planets – eller en månens yta.

Genom att titta på de relativa mängderna av olika isotoper av dessa flyktiga ämnen i månstenar, Forskare som Prof. Moynier har sammanställt information om månens tidiga historia och jämför detta med vad vi hittar här på jorden.

Dessa isotopers förhållanden fungerar som ett fingeravtryck som kan användas för att matcha källan till de material som finns på jorden och månen. Dr Mahesh Anand, en läsare i planetarisk vetenskap vid The Open University i Storbritannien och ledare för ett projekt som heter RESOLVE, har använt sofistikerade spektroskopitekniker för att studera de flyktiga isotoper som fångats inuti kristaller av ett mineral som kallas apatit i stenar som tagits tillbaka av Apollo-uppdragen.

Han och hans kollegor har sedan jämfört dessa med de isotopiska sammansättningarna av flyktiga ämnen här på jorden, tillsammans med de som finns på asteroider och kometer, som har erhållits från meteoriter som hittats på jorden och interplanetära rymduppdrag för att besöka kometer, såsom Europeiska rymdorganisationens senaste Rosetta-uppdrag.

Vatten

Tre år sedan, Dr Anand var en del av en studie som föreslog att 80-90% av vattnet på jorden och månen kom från en asteroidliknande källa. "Mindre än 10% kom från en kometliknande källa, " han sa.

Förra året, han och hans team publicerade ytterligare fynd baserade på högprecisionsanalys av syreisotoper som finns i stenar på jorden och månen. De hittade bara små skillnader mellan de isotopiska egenskaperna på de två kropparna.

"Om vattnet hade kommit efter att månen hade bildats, de två skulle ha haft väldigt olika isotopiska fingeravtryck, " sa Dr. Anand. "Det tyder på att jorden och månen fick vatten samtidigt."

Detta pekar på ett lockande scenario - att en liten kropp som månen har fått samma isotopsammansättning tyder på att de kan ha varit en del av samma planet. Den stöder teorier om att en protoplanet i storleken Mars som heter Theia kraschade in i jorden för lite över 4,54 miljarder år sedan, kasta ut en dusch eller ånga och skräp, som kondenserade för att bilda vår måne.

Om jorden och månen bildades i det här jättelika nedslaget efter att vattnet redan hade anlänt, som resultaten av Dr. Anand och andra team nu antyder, månen borde ha fått en del av det vattnet. Små mängder syre och väte fångade inuti stenar under ytan tyder på att det en gång fanns mer vatten på månen än vad det är nu. De senaste obemannade uppdragen till månen har upptäckt några rester av vattenis fångade i skyddade kratrar runt polerna, men mycket av månens yta är nu torr.

Så var tog månens vatten vägen?

Det är här Prof. Moyniers arbete kommer in. Han leder ett projekt som heter PRISTINE som syftar till att mäta isotopnivåerna av flyktiga ämnen i månsten för att lära sig vad som hände med vattnet på månen.

"Skillnaden mellan isotoperna är vikten eftersom atomerna har olika antal neutroner i kärnan, " sade prof. Moynier. "När du värmer upp flyktiga ämnen som zink, kalium och vatten, isotoperna beter sig på olika sätt. De lättare förvandlas lättare till ånga medan de tyngre blir kvar i resterna."

Ombud

Genom att titta på förhållandet mellan tunga isotoper och lätta i mer än 40 Apollo-bergprover, Prof. Moynier och hans team har satt ihop en del av historien om vatten och andra flyktiga ämnen på månen.

De har fokuserat på fasta flyktiga ämnen som zink och kalium eftersom det finns relativt högre koncentrationer av dem i månens stenar än vatten.

"Vatten är så flyktigt att det finns väldigt lite av det i månens stenar, vilket gör det svårt att upptäcka i de små prover vi har att göra med, " förklarade prof. Moynier. "Så vi kan använda andra flyktiga ämnen som zink, kalium och koppar som proxyservrar som kan berätta något om vad som hände med vattnet. Ändå, det finns 100 gånger mindre zink i månstenar än de på jorden."

Prof. Moynier och hans kollegor fann att förutom att ha mycket mindre krom, zink och andra fasta flyktiga ämnen, spåren från månen hade olika isotopförhållanden jämfört med jorden – deras hade mycket tyngre isotoper.

"Det tyder på att månen blev utarmad i dessa flyktiga element genom avdunstning någon gång, " han sa.

Han tror att snarare än att gå vilse i den gigantiska nedslaget som klippte månen från jorden i första hand, den kan ha förlorat sitt vatten och andra flyktiga ämnen någon gång senare.

Man tror att efter att månen började bildas efter det gigantiska nedslaget, dess yta förblev smält i flera miljoner år. Detta magmahav tros vara det som ledde till de distinkta ljusa och mörka områdena, eller sto, som är synliga på månens yta.

"Eftersom isotopfördelningen beror på temperatur, vi kan använda den som en termometer för att berätta vad som hände, " sa Prof. Moynier. Han och hans team har använt kromisotoper för att kalibrera vad de såg i månproverna till temperatur.

De fann att de flyktiga ämnena inte gick förlorade vid de extremt höga temperaturer som skulle förväntas i en händelse som en gigantisk påverkan, men vid lägre temperaturer på 1, 200 grader C.

Allvar

"Det här är exakt vad temperaturen på månens magmahav ska vara, ", sade prof. Moynier. "Vad vi ser är att månen förlorade sina flyktiga ämnen inte under själva jättenedslaget, men kanske en miljon år efteråt.

"De avdunstade, men på grund av jordens gravitation, de föll troligen sedan tillbaka på jorden. Så en del av vårt vatten och andra flyktiga ämnen har kommit från månen. Inte så mycket, men några."

Men historien slutar inte riktigt där heller. Dr. Anand och hans kollega Dr. Ana Černok, en geokemist vid Öppna universitetet, har studerat effekten av meteoroidpåverkan på isotopsammansättningarna av flyktiga ämnen i månstenar.

Samlade från en mängd olika platser under NASA:s Apollo 17 bemannade uppdrag till månen 1972, proverna består av stenar på ytan, kärnor borrade ner under ytan, och material från nedslagskratrar.

De två har kunnat leta efter tecken på chock i apatitkristallerna som skulle ha orsakats av meteoroider. De fann att även om några av proverna visar betydande tecken på chock, de isotopiska kompositionerna förblir i stort sett opåverkade.

Detta tyder på att de flyktiga ämnen som vatten fångat inuti dessa kristaller inte har förändrats trots bombardement från meteoriter på månen. Andra ämnen som uran fångat inuti apatitkristallerna tillsammans med vattnet har också gjort det möjligt för dem att datera när de bildades.

Resultaten måste fortfarande publiceras, men Dr. Anand säger att de hittar åldrar som aldrig har registrerats i månprover.

"Vi försöker fortfarande komma på det själva, men det verkar peka på en unik händelse i den geologiska historien för jord-månesystemet."