Een nieuwe analyse van kaarten van de nabije en verre zijde van de maan laat zien dat er meerdere bronnen van water en hydroxyl zijn in de door de zon beschenen rotsen en bodems, waaronder waterrijke rotsen die zijn opgegraven door meteoorinslagen op alle breedtegraden.
“Toekomstige astronauten kunnen misschien zelfs dicht bij de evenaar water vinden door deze waterrijke gebieden te exploiteren. Voorheen werd gedacht dat alleen in het poolgebied, en in het bijzonder in de diep beschaduwde kraters op de polen, veel water te vinden was,” aldus Roger Clark, Senior Scientist aan het Planetary Science Institute en hoofdauteur van ‘The Global Distribution of Water and Hydroxyl on the Moon as Seen by the Moon Mineralogy Mapper (M3)’ dat verschijnt in het Planetary Science Journal. “Weten waar water zich bevindt helpt niet alleen om de geologische geschiedenis van de maan te begrijpen, maar ook waar astronauten in de toekomst water kunnen vinden.”
Bij het opsporen van water in de zonverlichte delen van de maan wordt infraroodspectroscopie gebruikt om te zoeken naar de vingerafdrukken van water en hydroxyl (een functionele chemische groep met één waterstof- en één zuurstofatoom) in het spectrum van gereflecteerd zonlicht in het infrarood. Terwijl een digitale camera drie kleuren in het zichtbare deel van het spectrum registreert, registreerde het M3-instrument 85 kleuren van het zichtbare spectrum tot in het infrarood. Net zoals we verschillende kleuren zien van verschillende materialen, kan de infraroodspectrometer veel (infrarode) kleuren zien om de samenstelling beter te bepalen, inclusief het water (H2O) en hydroxyl (OH). Het water kan direct worden gewonnen door rotsen en bodems te verhitten. Water kan ook worden gevormd door chemische reacties waarbij hydroxyl vrijkomt en vier hydroxyls worden gecombineerd tot zuurstof en water (4(OH) -> 2H2O + O2).
Door de locatie en de geologische context te bestuderen, konden Clark en zijn team aantonen dat water in het maanoppervlak metastabiel is, wat betekent dat H2O in de loop van miljoenen jaren langzaam wordt vernietigd, maar dat er hydroxyl, OH, overblijft. Een krater die waterrijk gesteente aan de zonnewind blootstelt, zal na verloop van tijd afbreken, waarbij H2O wordt vernietigd en een diffuse aura van hydroxyl, OH, ontstaat. Elders op het maanoppervlak verschijnt een patina van hydroxyl, dat waarschijnlijk is ontstaan doordat protonen uit de zonnewind op het maanoppervlak insloegen en silicaatmineralen vernietigden, waarbij de protonen een combinatie aangingen met zuurstof in het silicaat.
“Als we al het bewijsmateriaal samenvoegen, zien we een maanoppervlak met complexe geologie met veel water in de ondergrond en een oppervlaktelaag van hydroxyl. Zowel kratervorming als vulkanische activiteit kunnen waterrijke materialen naar het oppervlak brengen, en beide zijn waargenomen in de gegevens van de maan,” aldus Clark. De Maan bestaat voornamelijk uit twee soorten gesteenten: de donkere mare, die basaltisch zijn (lava zoals op Hawaï), en andesitische gesteenten, die lichter zijn (de hooglanden van de maan). De andesieten bevatten veel water, de basalten heel weinig. De twee gesteentesoorten bevatten ook hydroxyl gebonden aan verschillende mineralen, zoals te zien is in de figuur hieronder.
Kaart van hydroxyl op de Maan. De kleur correleert met de positie van de absorptieband, met blauw
bij kortere golflengten en rood bij langere golflengten (van 2,72 tot 2,83 micron in het infrarood).
Dit onderzoek werpt een nieuw licht op eerder bekende mysteries. Wanneer de zon op verschillende momenten van de dag op het maanoppervlak schijnt, verandert de sterkte van de water- en hydroxylabsorptie. Dat leidde tot de berekening dat er dagelijks veel water en hydroxyl over de maan moest bewegen. Uit dit nieuwe onderzoek blijkt echter dat zeer stabiele minerale absorpties van water en hydroxyl hetzelfde dagelijkse effect vertonen, maar bij mineralen zoals pyroxeen, een veel voorkomend stollingsilicaatmineraal in de maanbodem, verdampen ze niet bij maantemperaturen. De reden voor dit effect is in plaats daarvan te wijten aan een dunne laag met een verrijkte samenstelling en/of een andere grootte van de bodemdeeltjes dan dieper in de bodem. Wanneer de zon laag aan de maanhemel staat, dringt het licht door meer van de toplaag, waardoor de infraroodabsorptie wordt versterkt, vergeleken met wanneer de zon hoog aan de hemel staat. Er kan nog steeds water bewegen, maar om te bepalen hoeveel, zullen nieuwe onderzoeken ook de gelaagdheidseffecten moeten kwantificeren. De sporen van de maanrovers zijn donkerder op foto's van de Apollo-rovers, nog een indicatie dat de oppervlaktelaag dun en anders is.
Gerelateerd aan de dunne oppervlaktelaag zijn de uitingen van raadselachtige kenmerken op de maan die maanwervelingen worden genoemd, diffuse patronen in zichtbaar licht in verschillende gebieden op de Maan. Men denkt dat magnetische velden een rol spelen bij de vorming van wervelingen door de zonnewind om te leiden, wat ook de productie van hydroxyl zou verminderen. Een eerdere studie onder leiding van PSI Senior Scientist Georgiana Kramer en co-auteur R. Clark toonde aan dat maankolken een tekort aan hydroxyl hebben. De nieuwe studie bevestigt dat, maar laat ook meer complexiteit zien in de zin dat draaikolken ook een laag watergehalte hebben, maar soms een hoger pyroxeengehalte. Deze nieuwe studie met globale hydroxylkaarten laat ook nooit eerder geziene gebieden zien die lijken op bekende wervelingen, maar die geen diffuse patronen hebben die te zien zijn in zichtbaar licht en dus alleen te zien zijn in hydroxylabsorptie. Deze nieuwe kenmerken zijn mogelijk oude geërodeerde wervelingen en omvatten nieuwe typen, waaronder bogen en lineaire kenmerken. Door de maan op deze nieuwe manieren in kaart te brengen, wordt duidelijk dat het maanoppervlak complexer is dan we ons hadden voorgesteld.
Clark en zijn onderzoeksteam, dat bestaat uit PSI-wetenschappers Neil C. Pearson, Thomas B. McCord, Deborah L. Domingue, Amanda R. Hendrix en Georgiana Kramer, bestudeerden gegevens van de Moon Mineralogy Mapper (M3) beeldspectrometer op het Chandrayaan-1 ruimtevaartuig, dat van 2008 tot 2009 in een baan om de maan draaide en water en hydroxyl op de nabije en verre zijde van de maan gedetailleerder dan ooit in kaart bracht. Het vroege werk aan de gegevensanalyse voor deze studie werd gefinancierd door het wetenschappelijke team van Moon Mineralogy Mapper. De belangrijkste financiering voor deze studie werd ondersteund door de NASA Solar System Exploration Research Virtual Institute 2016 (SSERVI16) Cooperative Agreement (80ARC017M0005) (TREX).
Bron: Planetary Science Institute
