Till många planetforskares förvåning, det oxiderade järnmineralet hematit har upptäckts på höga breddgrader på månen, enligt en studie publicerad idag i Vetenskapens framsteg ledd av Shuai Li, biträdande forskare vid Hawai'i Institute of Geophysics and Planetology (HIGP) vid UH Manoa School of Ocean and Earth Science and Technology (SOEST).

Järn är mycket reaktivt med syre - bildar rödaktig rost som vanligtvis ses på jorden. Månens yta och inre, dock, är praktiskt taget syrefattiga, så orörda metalliskt järn är utbredd på månen och högoxiderat järn har inte bekräftats i prover som returnerats från Apollo-uppdragen. Dessutom, väte i solvinden spränger månens yta, som motverkar oxidation. Så, närvaron av starkt oxiderade järnhaltiga mineraler, som hematit, på månen är en oväntad upptäckt.

"Vår hypotes är att månens hematit bildas genom oxidation av månens ytjärn av syret från jordens övre atmosfär som kontinuerligt har blåsts till månens yta av solvinden när månen är i jordens magnetsvans under de senaste flera miljarder år, " sa Li.

För att göra denna upptäckt, Li, HIGP-professorn Paul Lucey och medförfattare från NASA:s Jet Propulsion Laboratory (JPL) och på andra ställen analyserade de hyperspektrala reflektansdata som förvärvats av Moon Mineralogy Mapper (M3) designad av NASA JPL ombord på Indiens Chandrayaan-1-uppdrag.

Denna nya forskning inspirerades av Lis tidigare upptäckt av vattenis i månens polarområden 2018.

"När jag undersökte M3-data vid polarområdena, Jag fann att vissa spektrala egenskaper och mönster skiljer sig från de vi ser på de lägre breddgraderna eller Apollo-proverna, " sa Li. "Jag var nyfiken på om det är möjligt att det finns vatten-stensreaktioner på månen. Efter månaders undersökning, Jag kom på att jag såg signaturen av hematit."

Teamet fann att platserna där hematit finns är starkt korrelerade med vatteninnehållet på hög latitud Li och andra som hittats tidigare och är mer koncentrerade på närsidan, som alltid vetter mot jorden.

"Mer hematit på månens närmaste sida antydde att det kan vara relaterat till jorden, ", sa Li. "Detta påminde mig om en upptäckt av det japanska Kaguya-uppdraget att syre från jordens övre atmosfär kan blåsas till månens yta av solvinden när månen är i jordens magnetsvans. Så, Jordens atmosfäriska syre kan vara den viktigaste oxidanten för att producera hematit. Vatten och interplanetära dammpåverkan kan också ha spelat avgörande roller"

"Intressant, hematit är inte absolut frånvarande från månens bortre sida där jordens syre kanske aldrig nått, även om mycket färre exponeringar sågs, " sa Li. "Den lilla mängden vatten ( <~0,1 vikt-%) observerade på månens höga breddgrader kan ha varit väsentligt involverade i hematitbildningsprocessen på månens bortre sida, vilket har viktiga konsekvenser för tolkningen av den observerade hematiten på vissa vattenfattiga asteroider av S-typ."

"Denna upptäckt kommer att omforma vår kunskap om månens polarområden, " sa Li. "Jorden kan ha spelat en viktig roll i utvecklingen av månens yta."

Forskargruppen hoppas att NASA:s ARTEMIS-uppdrag kan returnera hematitprover från polarområdena. De kemiska signaturerna av dessa prover kan bekräfta deras hypotes om månens hematit oxideras av jordens syre och kan hjälpa till att avslöja utvecklingen av jordens atmosfär under de senaste miljarder år.