För första gången, en tvärvetenskaplig studie har visat kemisk, fysisk, och materiella bevis för vattenbildning på månen. Två team från University of Hawaii i Mānoa samarbetade i projektet:fysikaliska kemister vid UH Mānoa Department of Chemistry's W.M. Keck Research Laboratory in Astrochemistry och planetariska forskare vid Hawai'i Institute of Geophysics and Planetology (HIGP).

Även om de senaste upptäckterna av rymdfarkoster som kretsar i bana som Lunar Prospector och den hårda landaren Lunar Crater Observation and Sensing Satellite tyder på att det finns vattenis vid månens poler, ursprunget till detta vatten har förblivit osäkert. Månens vatten representerar ett av nyckelkraven för permanent kolonisering av månen som råvara för bränsle- och energigenerering (väte, syre) och även som "dricksvatten".

Genombrottsforskningen beskrivs i "Uttrassling av bildandet och frigörandet av vatten i månregoliten, " ledare författad av UH Manoa postdoktor Cheng Zhu och kollegor i Proceedings of the National Academy of Sciences .

Kemiprofessor Ralf I. Kaiser och HIGP:s Jeffrey Gillis-Davis designade experimenten för att testa synergin mellan väteprotoner från solvind, månens mineraler, och mikrometeoritnedslag. Zhu bestrålade prover av olivin, ett torrt mineral som fungerar som ett surrogat av månmaterial, med deuteriumjoner som proxy för solvindsprotoner.

Deuterium bestrålade endast "experiment visade inte några spår av vattenbildning, även efter att ha höjt temperaturen till måntemperaturer på mitten av latitud dagtid, " förklarade Zhu. "Men när vi värmde provet, vi upptäckte molekylärt deuterium, vilket tyder på att deuterium - eller väte - implanterat från solvinden kan lagras i månstenen."

Kaiser lade till, "Därför, en annan högenergikälla kan vara nödvändig för att utlösa vattenbildning i månens mineraler följt av dess frigörande som en gas som kan detekteras."

Den andra uppsättningen av deuteriumbestrålningsexperiment följdes av laseruppvärmning för att simulera de termiska effekterna av mikrometeoritslag. En skur av joner med mass-till-laddning-förhållanden som matchade det för enskilt joniserat tungt vatten observerades i gasfasen under laserpulserna. "Vatten fortsatte att produceras under laserpulser efter att temperaturen höjdes, antyder att olivinen lagrade prekursorer till tungt vatten som släpptes ut genom laseruppvärmning, " sa Zhu.

För att avbilda dessa processer och tolka den bredare påverkan på månen och andra kroppar, HIGP:s Hope Ishii och John Bradley använde fokuserad jonstråleavsökningselektronmikroskopi och transmissionselektronmikroskopi i Advanced Electron Microscopy Center. De observerade ytgropar under mikrometerstora, vissa delvis täckta av lock, antyder att vattenånga byggs upp under ytan i vesiklar tills de spricker, släpper ut vatten från månsilikater vid mikrometeoritnedslag.

"Övergripande, denna studie främjar vår förståelse av vattnets ursprung som upptäckts på månen och andra luftlösa kroppar i vårt solsystem som Merkurius och asteroider och ger, för första gången, en vetenskapligt välgrundad och beprövad mekanism för vattenbildning, " HIGP:s Jeffrey Gillis-Davis avslutade.