Månens sydpolregion är hem för några av de mest extrema miljöerna i solsystemet:det är ofattbart kallt, massivt kraterad, och har områden som antingen ständigt badar i solljus eller i mörker. Det är just därför NASA vill skicka dit astronauter 2024 som en del av sitt Artemis-program.

Det mest lockande inslaget i denna sydligaste region är kratrarna, av vilka några aldrig ser dagens ljus når sina golv. Anledningen till detta är den låga vinkeln för solljus som träffar ytan vid polerna. Till en person som står vid månens sydpol, solen skulle dyka upp vid horisonten, belysa ytan i sidled, och, Således, skummar främst kanterna på vissa kratrar samtidigt som de lämnar deras djupa inre i skuggan.

Som ett resultat av det permanenta mörkret, NASA:s Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) har mätt de kallaste temperaturerna i solsystemet inuti dessa kratrar, som har blivit kända som perfekta miljöer för att bevara material som vatten i evigheter. Eller så trodde vi.

Det visar sig att trots en temperatur som sjunker till -388 grader Fahrenheit (-233 Celsius) och förmodligen kan hålla frosten låst i jorden praktiskt taget för alltid, vattnet kommer sakta ut överst, supertunt lager (tunnare än en röd blodkropps bredd) av månens yta. NASA-forskare rapporterade nyligen detta fynd i papper i tidskriften Geofysiska forskningsbrev .

"Folk tänker på vissa områden i dessa polära kratrar som att fånga vatten och det är det, sade William M. Farrell, en plasmafysiker vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, som ledde forskningen om månfrost. "Men det finns solvindspartiklar och meteoroider som träffar ytan, och de kan driva reaktioner som vanligtvis inträffar vid varmare yttemperaturer. Det är något som inte har betonats."

Till skillnad från jorden, med sin mjuka atmosfär, Månen har ingen atmosfär som skyddar sin yta. Så när solen sprutar laddade partiklar som kallas solvinden in i solsystemet, några av dem bombarderar månens yta och sparkar upp vattenmolekyler som studsar runt till nya platser.

Likaså, egensinniga meteoroider slår ständigt in i ytan och rycker upp jord blandad med frusna vattenbitar. Meteoroider kan skada dessa jordpartiklar – som är många gånger mindre än bredden på ett människohår – så långt som 30 kilometer från nedslagsplatsen, beroende på meteoroidens storlek. Partiklarna kan färdas så långt eftersom månen har låg gravitation och ingen luft för att sakta ner saker och ting:"Så varje gång du har en av dessa nedslag, ett mycket tunt lager av iskorn sprids över ytan, exponeras för solens värme och rymdmiljön, och så småningom sublimeras eller förloras till andra miljöprocesser, sa Dana Hurley, en planetforskare vid Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory i Laurel, Maryland.

Även om det är viktigt att tänka på att även i de skuggade kratrarna sipprar vattnet långsamt ut, det är möjligt att vatten tillsätts, för, noterar pappersförfattarna. Isiga kometer som kraschar in i månen, plus solvinden, skulle kunna fylla på det som en del av ett globalt vattenkretslopp; det är något forskare försöker ta reda på. Dessutom, det är inte klart hur mycket vatten det finns. Sitter den bara i det översta lagret av månens yta eller sträcker den sig djupt in i månskorpan, undrar forskarna?

Hur som helst, det översta lagret av polära kratergolv håller på att omarbetas under tusentals år, enligt beräkningar av Farrell, Hurley, och deras team. Därför, de svaga frostfläckarna som forskare har upptäckt vid polerna med hjälp av instrument som LRO:s Lyman Alpha Mapping Project (LAMP) instrument kan bara vara 2, 000 år gammal, istället för miljoner eller miljarder år gamla som vissa kanske förväntar sig, Farrells team uppskattade. "Vi kan inte tänka på dessa kratrar som isiga döda platser, " noterade han.

För att bekräfta hans lags beräkningar, Farrell sa, ett framtida instrument som kan detektera vattenånga bör hitta, ovanför månens yta, en till 10 vattenmolekyler per kubikcentimeter som har frigjorts genom stötar.

De goda nyheterna för framtida månutforskning

För kommande vetenskap och utforskning, spridningen av vattenpartiklar kan vara goda nyheter. Det betyder att astronauter kanske inte behöver utsätta sig själva och sina instrument för den hårda miljön med skuggade kratergolv för att hitta vattenrik jord - de kan bara hitta den i soliga områden i närheten.

"Denna forskning säger oss att meteoroider gör en del av arbetet åt oss och transporterar material från de kallaste platserna till några av gränsområdena där astronauter kan komma åt det med en soldriven rover, ", sa Hurley. "Det talar också om för oss att det vi behöver göra är att komma upp på ytan av en av dessa regioner och få lite förstahandsdata om vad som händer."

Att ta sig till månens yta skulle göra det mycket lättare att bedöma hur mycket vatten som finns på månen. Eftersom att identifiera vatten på avstånd, särskilt i permanent skuggade kratrar, är knepig affär. Det primära sättet som forskare hittar vatten på är genom fjärranalysinstrument som kan identifiera vilka kemiska grundämnen saker är gjorda av baserat på ljuset de reflekterar eller absorberar. "Men för det, you need a light source, " Hurley said. "And by definition, these permanently shadowed regions don't have a strong one."

Understanding the Water Environment on the Moon

Until NASA astronauts get back to the Moon to dig up some soil, or the agency sends new instruments near the surface that can sniff out floating water molecules, the research team's theory about the influence of meteoroids on the environment inside shadowed craters could help chip away at some of the mysteries surrounding the Moon's water. It already has helped scientists understand if the uppermost surface water is new or ancient, or how it may migrate around the Moon. Another thing meteoroid impacts to the crater floors could help explain is why scientists are finding patches of wispy frost diluted in regolith, or Moon soil, rather than blocks of pure water ice.

Even though water questions abound, it's important to remember, Farrell said, that it was only in the last decade that scientists found evidence that the Moon is not a dry, dead rock, as many had long assumed. The LRO, with its thousands of orbits and 1 petabyte of returned science data (equivalent to about 200, 000, high-definition, feature-length films streamed online), has been instrumental. So has the Lunar Crater Observation and Sensing Satellite (LCROSS), which revealed frozen water after purposely crashing into Cabeus crater in 2009 and releasing a plume of preserved material from the crater floor that included water.

"We suspected there was water at the poles and learned for sure from LCROSS, but we now have evidence that there's water at mid latitudes, " Farrell said. "We also have evidence that there's water coming from micrometeoroid impacts, and we have measurements of frost. But the question is, how are all these water sources related?"

That's a question Farrell and his colleagues are closer to answering than ever before.