Månen är ett av de största mysterierna som astronomer för närvarande står inför. Även om det inte är på skalan som mörk materia, mörk energi eller tidig kosmologi när det gäller omfattning, har det ändå många gåtor som ännu inte har lösts och kanske kan ge överraskande vetenskap till områden som vi inte inser. Detta beror på att de enklaste frågorna ofta har de mest omfattande konsekvenserna. Och månen har många enkla frågor som ännu inte besvaras. Vi är fortfarande inte helt säkra på hur det bildades och vad det är fullt förhållande till jorden. Men ett annat mysterium som har kopplingar till det formationsmysteriet är var kom vattnet på månen ifrån? Och är den frågan relaterad till dess bildning?

LCROSS i aktion. |

Hur vi fick reda på

Hela anledningen till denna diskussion börjar med Apollo 16. Liksom tidigare Apollo-uppdrag förde det tillbaka månprov, men till skillnad från tidigare uppdrag var dessa rostiga vid undersökning. Forskare vid den tiden inklusive geologen på Apollo 16 Larry Taylor drog slutsatsen att klipporna var förorenade av jordvatten och det var det, i slutet av historien. Men en studie från 2003 fann att Apollo 15 och 17 stenar hade vatten i sig, vilket förde debatten tillbaka. Bevis från Clementine och Lunar Prospector-sonden gav uppmuntrande tips om vatten, men inga definitiva fynd. Blinkar fram till 9 oktober 2009 när Lunar Crater Observatory and Sensing Satellite (LCROSS) avfyra en liten raket in i den 60 mil breda Cabeus-krateret, som ligger nära månens sydpol. Det som fanns i krateret förångades av explosionen och en gasflaska och partiklar sköts ut i rymden. LCROSS samlade telemetri i fyra minuter innan han kraschade i samma krater. Vid analys visade det att upp till 5% av månjorden var gjord av vatten och att temperaturen på platsen var nära -370 o Celsius, vilket hjälpte till att säkra och bevara vattnet där genom att eliminera sublimeringseffekter. Plötsligt var Apollo 16-klipporna mycket intressanta - och inte en fluke (Grant 59, Barone 14, Kruesi, Zimmerman 50, Arizona).

Åh, om det bara hade varit så enkelt att lägga detta i säng. Men när Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) (som hade lanserats med LCROSS) fortsatte att cirkla månen och studera, fann den att medan vatten är på månen, är det inte vanligt. I själva verket fann det att det finns en molekyl av H20 för varje 10.000 partiklar av månjord. Detta var långt mindre än koncentrationen som LCROSS hittade, så vad hände? Skickade Lunar Exploration Neutron Detector (LEND) instrument falska avläsningar? (Zimmerman 52)

Det kanske känner allt till hur informationen samlades in, ofta indirekt. Clementine använde radiovåg som studsade från månens yta, sedan till jordens Deep Space Network där signalstyrkan tolkades för tecken på vatten. Lunar Prospector hade en neutronspektrometer som tittade på biprodukten från kosmiska strålkollisioner, även neutroner, som tappar energi när de träffar väte. Genom att mäta mängden som returnerar kunde forskare kartlägga möjliga vätebäddar. I själva verket fann uppdraget att koncentrationerna ökade ju längre norr och söder du gick från ekvatorn. Forskare kunde dock inte fastställa att kratrar var källan under uppdraget på grund av brist på signalupplösning. Och LEND är byggd för att endast ta emot neutroner från månens yta genom att ha en sköld byggd runt instrumentet. En del hävdar att upplösningen på den endast var 12 kvadratmeter, vilket är mindre än de 900 kvadratcentimeter som behövs för att se exakta vattenkällor. Andra antyder också att bara 40% av neutronerna blockeras, vilket ytterligare skadar eventuella resultat (Zimmerman 52, 54).

Men en annan möjlighet presenterar sig. Vad händer om vattennivån är högre i kratrar och lägre på ytan? Det kan förklara skillnaderna, men vi skulle behöva mer bevis. Under 2009 undersökte rymdproben Selenological and Engineering Explorer (SELENE) från det japanska institutet för rymd- och astronomisk vetenskap en månkrater i detalj men fann att ingen H20-is fanns närvarande. Ett år senare hittade rymdsonden Chandrayaan-1 från Indien månkratrar i högre breddegrader som återspeglade radardata som överensstämmer med H2O-is eller med en grov terräng för en ny krater. Hur kan vi berätta? Genom att jämföra reflektionsmönstren från kraterens inre och utsida. Med vattenis, ingen reflektion utanför krateret, vilket är vad Chandrayaan-1 såg. Sonden tittade också på Bulliadlus-krateret, som ligger bara 25 graders breddegrad från ekvatorn, och fann att hydroxylantalet var högt jämfört med området runt krateren. Detta är en signatur för magmatiskt vatten, en annan ledtråd till månens våta natur (Zimmerman 53, John Hopkins).

Men (överraskning!) Något kan ha varit fel med instrumentet som används av sonden. Moon Mineralogy Mapper (M 3 ) fann också att väte fanns överallt på ytan, även där solen sken. Det skulle inte vara möjligt för vattenis, så vad kan det vara? Tim Livengood, en månisekspert från University of Maryland, ansåg att den pekade på en solvindkälla, för det skulle skapa vätebundna molekyler efter att element påverkade på ytan. Så vad gjorde detta för isläget? Med allt detta bevis och att ytterligare LEND-resultat inte såg mer is i flera andra kratrar, ser det ut som att LCROSS helt enkelt hade tur och råkar träffa en lokal hotspot av vattenis. Vatten finns, men i låga koncentrationer. Denna uppfattning verkar öka när forskare som tittade på LRO: s Lyman Alpha Mapping Project-uppgifter fann att om en permanent skuggad krater hade H20, var det högst 1-2% av kraterns massa, enligt en artikel 7 januari 2012 i Geophysical Forskning av Randy Gladstone (från Southwest Research Institute) och hans team (Zimmerman 53, Andrews "Shedding").

Ytterligare observationer med M 3 fann att vissa vulkaniska drag på månen också hade spår av vatten. Enligt en utgåva av naturen den 24 juli 2017, hittade Ralph Milliken (Brown University) och Shuai Li (University of Hawaii) bevis på att pyroklastiska avlagringar på månen hade spår av vatten på dem. Detta är intressant eftersom vulkanisk aktivitet uppstår inifrån, vilket innebär att månens mantel kan vara mer vattenrik än tidigare misstänkt (Klesman "Vår")

Intressant nog visar data från Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer (LADEE) från oktober 2013 till april 2014 att vattnet på månen kanske inte begravas så djupt som vi trodde att det var. Sonden registrerade vattennivåer i månens atmosfär 33 gånger och fann att när meteorpåverkan inträffade steg vattennivån. Detta antyder att vatten släpps ut efter dessa kollisioner, något som inte kunde hända om det begravdes för djupt. Baserat på stötdata var vattnet som släpptes 3 tum eller mer under ytan i en koncentration av 0, 05%. Trevlig! (Haynes)

Planetesimal

För att upptäcka källan till vattnet på månen måste vi förstå var själva månen kom ifrån. Den bästa teorin för bildandet av månen är följande. För över 4 miljarder år sedan, när solsystemet fortfarande var ungt, kretsade många objekt som skulle bli planeter runt solen i olika banor. Dessa protoplaneter, eller planetesimaler, skulle ibland kollidera med varandra när den ständigt föränderliga gravitationen i vårt solsystem växlade, med solen och andra föremål som ständigt sätter igång kedjereaktioner av rörelse både mot solen och bort. Runt denna tid av massrörelse drogs en Mars-stor planetesimal in mot solen och kolliderade med den då nya och något smälta jorden. Denna påverkan bröt av en enorm jordbit, och mycket av järnet från det planetesimalt sjönk ner i jorden och satte sig ner i dess kärna. Den enorma delen av jorden som bröt av och de andra, lättare resterna av planetesimalen skulle så småningom svalna och bli det som kallas månen.

Så varför är denna teori så viktig i vårt samtal om källan till månvattnet? En av idéerna är att vattnet som var på jorden vid den tiden skulle ha spridits efter påverkan. En del av det vattnet skulle ha landat på månen. Det finns både stödjande och negativa bevis för denna teori. När vi tittar på certaim-isotoper, eller varianter av element med fler neutroner, ser vi att vissa förhållanden av väte överensstämmer med deras motsvarigheter i jordens hav. Men många påpekar att en sådan inverkan som skulle bidra till att överföra vatten säkert skulle förångas. Ingen skulle ha överlevt att falla tillbaka till månen. Men när vi tittar på månklipporna ser vi höga vattennivåer fångade i dem.

Och då blir saker konstiga. Alberto Saal (från Brown University) tittade närmare på några av dessa klippor, men olika från Apollo 16 som finns på olika månsområden (särskilt de nämnda klipporna Apollo 15 och 17). Vid undersökning av olivinkristaller (som bildas i vulkaniska material) upptäcktes väte. Han fann att vattennivån i berget var högst i mitten av berget! Detta skulle antyda att vattnet fångades in i berget medan det fortfarande var i smält form. Magma kom till ytan när månen svalnade och ytan knäckte, vilket stödde teorin. Men tills jämförelser av vattennivåer har gjorts med andra prover av månbergar från olika platser, kan inga slutsatser göras (Grant 60, Kruesi).

Kometer och asteroider

En annan spännande möjlighet är skräp som slår månen, som kometer eller asteroider, innehöll vatten och deponerade det där vid påverkan. Tidigt i solsystemet satte sig fortfarande ner objekt och kometer skulle ha kolliderat med månen ofta. Vid påverkan skulle materialet sätta sig i kratrar men bara de nära polerna skulle vara i skugga och kyla (-400 grader Fahrenheit) under en tillräckligt lång tid för att förbli frusen och intakt. Allt annat skulle ha sublimerat under den ständiga strålningen som bombarderade ytan. LCROSS verkar ha funnit bevis som stöder denna modell för vattendistribution, med koldioxid, vätesulfid och metan som finns i samma plym som den tidigare nämnda raketstrejken. Dessa kemikalier finns också i kometer (Grant 60, Williams).

En annan teori är ett alternativ (eller eventuellt i samband med) denna synvinkel. För ungefär 4 miljarder år sedan ägde en period i solsystemet, känd som Late Heavy Bombardment Period, ut. Mycket av det inre solsystemet mötte kometer och asteroider som av någon anledning hade förvisats från det yttre solsystemet och riktat inåt. Många påverkan inträffade, och jorden skonades från en stor del av den på grund av att månen tog skit av det. Jorden har haft tid och erosion på sin sida och mest bevis för bombardemanget har gått förlorat, men månen bär fortfarande alla ärr i händelsen. Så om tillräckligt med skräp som drabbade månen var vattenbaserat, kunde det ha varit en vattenkälla för både månen och jorden. Det huvudsakliga problemet med allt detta är att dessa väteförhållanden i månvattnet inte överensstämmer med andra kända kometer.

Solvind

En möjlig teori som tar det bästa från föregående involverar det ständiga partikelflödet som lämnar solen hela tiden: solvinden. Detta är en blandning av fotoner och högenergipartiklar som lämnar solen när den fortsätter att smälta elementen tillsammans och utvisar andra partiklar som ett resultat. När solvinden slår mot föremål kan den ibland förändra dem på molekylnivå genom att tillföra energi och materia på precis rätt nivåer. Så om solvinden skulle träffa månen med tillräckligt med en koncentration, kan den förändra något av materialet på månens yta till vissa former av vatten, om det fanns på ytan antingen från den sena bombardementperioden eller från Planetesimal påverkan.

Som nämnts tidigare har bevis för denna teori hittats av Chandrayaan-1, Deep Impact (medan under transitering), Cassini (även under transitering) och Lunar Prospector sonder. De har hittat små men spårbara mängder vatten över hela ytan baserat på reflekterade IR-avläsningar och dessa nivåer fluktuerar tillsammans med den nivå av solljus som ytan får vid den tiden. Vatten skapas och förstörs dagligen, varvid vätejonerna från solvinden slår i ytan och bryter kemiska bindningar. Molekylärt syre är en av dessa kemikalier och bryts upp, frigörs, blandas med väte och får vatten att bildas (Grant 60, Barone 14).

Tyvärr finns det mesta av vattnet på månen i de polära regionerna, där lite eller inget solljus någonsin har sett och några av de lägsta temperaturer som någonsin registrerats är. Inget sätt solvinden kunde komma dit och göra tillräckligt med en förändring. Så, liksom de flesta mysterier som finns i astronomi, är denna långt ifrån över. Och det är den bästa delen.

Citerade verk

Andrews, Bill. "Kasta ljus på månens skuggor." Astronomi maj 2012: 23. Tryck.

Arizona, University of. "Det är kallt och vått vid månens södra pol." Astronomy.com . Kalmbach Publishing Co., 22 oktober 2010. Web. 13 september 2018.

Barone, Jennifer. “Månen gör en stänk.” Upptäck december 2009: 14. Skriv ut.

Grant, Andrew. "Ny måne." Upptäck maj 2010: 59, 60. Skriv ut.

Haynes, Korey. "Meteorer som smälter in i månen avslöjar underjordiskt vatten." astronomy.com . Kalmbach Publishing Co., 15 april 2019. Web. 01 maj 2019.

John Hopkins. "Forskare upptäcker magmatiskt vatten på månens yta." Astronomy.com . Kalmbach Publishing Co., 28 augusti 2013. Web. 16 oktober 2017.

Klesman, Allison. "Vår månes mantel är Wetter än vi trodde." Astronomi november 2017. Tryck. 12.

Kruesi, Liz. "Identifiera månens vatten." Astronomi september 2013: 15. Tryck.

Skibba, Ramin. "Astronomer spionerar månvattendroppar spridda av meteoriodpåverkan." insidescience.org . American Institute of Physics, 15 april 2019. Web. 01 maj. 2019.

Williams, Matt. "Forskare identifierar källan till månens vatten." universetoday.com . University Today, 01 juni 2016. Web. 17 september 2018.

Zimmerman, Robert. "Hur mycket vatten är på månen." Astronomi Jan. 2014: 50, 52-54. Skriva ut.

  • Är universum symmetriskt?
    När vi tittar på universum som helhet försöker vi hitta allt som kan betraktas som symmetriskt. Dessa berättar avslöjar mycket om vad som finns runt omkring oss.
  • Konstiga fakta om tyngdkraften
    Vi vet alla tyngdkraften som jorden utövar på oss. Vad vi kanske inte inser är de oförutsedda konsekvenserna som sträcker sig från vår vardag till några konstiga hypotetiska scenarier.