Med hjälp av data som samlades in för över två decennier sedan har forskare från Johns Hopkins Applied Physics Laboratory (APL) i Laurel, Maryland, sammanställt den första kompletta kartan över väteförekomster på månens yta. Kartan identifierar två typer av månmaterial som innehåller förstärkt väte och bekräftar tidigare idéer om månens väte och vatten, inklusive fynd om att vatten sannolikt spelade en roll i månens ursprungliga magma-oceanbildning och stelning.

APL:s David Lawrence, Patrick Peplowski och Jack Wilson, tillsammans med Rick Elphic från NASA Ames Research Center, använde orbital neutrondata från Lunar Prospector-uppdraget för att bygga sin karta. Sonden, som sattes ut av NASA 1998, kretsade runt månen i ett och ett halvt år och skickade tillbaka de första direkta bevisen på förstärkt väte vid månens poler innan den träffade månens yta.

När en stjärna exploderar släpper den ut kosmiska strålar, eller högenergiprotoner och neutroner som rör sig genom rymden med nästan ljusets hastighet. När dessa kosmiska strålar kommer i kontakt med ytan på en planet, eller en måne, bryter de isär atomer som finns på dessa kroppar och skickar protoner och neutroner som flyger. Forskare kan identifiera ett element och avgöra var och hur mycket av det finns genom att studera rörelsen hos dessa protoner och neutroner.

"Föreställ dig att du spelar en omgång biljard och köbollen representerar neutroner och biljardbollarna representerar väte," förklarade Lawrence. "När du slår en biljardboll med din köboll, slutar köbollen att röra sig och biljardbollen skjuts i rörelse, eftersom båda föremålen har samma massa. På samma sätt, när en neutron kommer i kontakt med väte, dör den och slutar röra sig , och vätet skickas i rörelse. Så när vi ser ett färre antal neutroner som rör sig, är det en indikation på att väte är närvarande."

Teamet kalibrerade data för att kvantifiera mängden väte genom motsvarande minskning av neutroner mätt med neutronspektrometern, ett av fem instrument monterade på Lunar Prospector för att färdigställa gravitations- och sammansättningskartor över månen. Resultaten publicerades i Journal of Geophysical Research:Planets .

"Vi kunde kombinera data från månens jordprov från Apollo-uppdragen med vad vi har mätt från rymden och äntligen sammanställt en fullständig bild av månens väte för första gången", fortsatte Lawrence.

Teamets karta bekräftar förbättrat väte i två typer av månmaterial. Den första, på Aristarchus-platån, är hem för månens största pyroklastiska fyndighet. Dessa avlagringar är fragment av sten som har brutit ut från vulkaner, vilket bekräftar tidigare observationer att väte och/eller vatten spelade en roll i månens magmatiska händelser. Den andra är stenar av KREEP-typ. KREEP är en akronym för månlavasten som står för kalium (K), sällsynta jordartsmetaller (REE) och fosfor (P).

"När månen ursprungligen bildades, är det i stort sett accepterat att det var smält skräp från en enorm påverkan på jorden," sa Lawrence. "När det svalnade bildades mineraler ur smältan, och KREEP anses vara den sista typen av material som kristalliseras och härdar."

Lawrence, som var en del av det ursprungliga teamet som studerade inledande data från Lunar Prospector-uppdraget 1998, sa att det tog tid att bygga vidare på befintliga ansträngningar för att färdigställa en fullständig karta över jordens närmaste granne.

"Att slutföra analysen tog ett antal år", säger Lawrence. "När vi sorterade igenom allt började vi göra korrigeringar av data som vi upptäckte inte var väte. Vi gick tillbaka och finjusterade tidigare analyser, och till stor del kunde vi göra det på grund av upptäckter från andra uppdrag. Vi bygger kontinuerligt på tidigare kunskap och kliver in på nytt territorium."

Den här nya kartan kompletterar inte bara inventeringen av väte på månen utan kan också leda till kvantifiering av hur mycket väte och vatten som fanns i månen när den föddes. Under 2013 bekräftade APL-forskare också närvaron av vattenis vid polerna på planeten Merkurius med hjälp av data från neutronspektrometern på den APL-byggda MESSENGER-rymdfarkosten. Dessa upptäckter är viktiga inte bara för att förstå solsystemet utan också för att planera framtida mänsklig utforskning av solsystemet. + Utforska vidare

Vatten på månen?