„Cykl wodny na Księżycu” to fraza, której wiele osób - w tym naukowcy z Księżyca - nigdy się nie spodziewało. To zaskakujące nowe odkrycie wszechobecnej wody na powierzchni Księżyca, ujawnione i potwierdzone przez trzy różne statki kosmiczne w zeszłym roku, było jednym z głównych tematów niedawnych dyskusji i badań naukowców księżycowych. Ale zastanawianie się nad tym, jak woda pojawia się i znika w ciągu księżycowego dnia, pozostaje nieuchwytne. Na chwilę obecną naukowcy podejrzewają kilka różnych procesów, które mogą dostarczać wodę i hydroksyl (OH) na powierzchnię Księżyca: meteoryty lub komety uderzające w Księżyc, odgazowujące z wnętrza Księżyca lub wiatr słoneczny oddziałujący z księżycowym regolitem. Ale jak dotąd żaden szczegół tych procesów nie sumuje się.
Dana Hurley z Laboratorium Fizyki Stosowanej Uniwersytetu Johnsa Hopkinsa jest częścią zespołu naukowców próbujących modelować księżycowy obieg wody i omawiała pracę na trzecim dorocznym forum księżycowym NASA Lunar Science Institute w Ames Research Center, 20-22 lipca 2010 r. .
„Kiedy robimy model, zakładamy, że sposób, w jaki woda jest tracona, polega na fotodysocjacji, a więc wyznacza skalę czasową”, powiedział Hurley dla czasopisma Space Magazine. „A przy użyciu tej skali czasu ilość wchodząca przez wiatr słoneczny lub mikrometeoryty nie może zsumować się z ilością obserwowaną, gdy jest ona w stanie ustalonym, więc coś się nie porusza”.
Fotodysocjacja polega na rozbiciu substancji na prostsze składniki przez energię promieniowania słonecznego.
Wygląda na to, że ilość wody zmienia się w ciągu dnia księżycowego. Dwie obserwacje w odstępie tygodnia od spektrometru na zmienionym statku kosmicznym Deep Impact (obecnie nazywanym EPOXI) wykazały, że region, który znajdował się w pobliżu terminatora Księżyca o świcie, miał wykrywalną ilość wody i hydroksylu, a tydzień później, gdy był w południe, te substancje zniknęły. Ale nowy region o świcie miał wtedy H2O i OH.
Jedna z teorii głosi, że woda i hydroksyl powstają częściowo z jonów wodoru w wietrze słonecznym. Do lokalnego południa, kiedy księżyc jest najcieplejszy, traci się trochę wody i hydroksylu. Wieczorem powierzchnia ponownie się ochładza, a woda i hydroksyl powracają.
Hurley powiedział jednak, że wiatr słoneczny w stanie ustalonym nie odtwarza obserwowanej gęstości powierzchniowej wody i hydroksylu.
Ponadto, patrząc na inne możliwe źródła - znaną szybkość źródła mikrometeoroidów i komet - nie podaje również ilości obserwowanego H20 i OH.
„Naprawdę chcielibyśmy mieć o wiele więcej obserwacji, aby zrozumieć, jak ewoluuje w ciągu dnia” - powiedział Hurley.
W swoim przemówieniu Hurley powiedziała, że jej zespół próbuje spojrzeć na wszystkie możliwe kąty i pomysły, w tym ostatnie większe uderzenia komety na Księżyc, lub potencjalnie sezonowe wydarzenie, w którym woda osadzona na biegunach zimowych może zostać uwolniona, gdy ogrzeje się latem. Jednak jak dotąd żaden z tych pomysłów nie został przetestowany ani modelowany, a na razie nie zapewnia rozwiązania obserwowanego codziennego cyklu wody.
Zauważyła również, że ponieważ zachodzą oczywiście pewne unikalne procesy, interakcja między powierzchnią a atmosferą wymaga dalszych badań.
„Powierzchnia i atmosfera są sprzężone”, powiedział Hurley w wywiadzie dla czasopisma Space Magazine. „Atmosfera powstaje z powierzchni; na Księżycu nie ma atmosfery, która trwa długo i jest stale produkowana i gubiona. I tak pochodzi z powierzchni, albo z czegoś, co pochodzi z księżycowych ziaren regolitu, albo z czegoś, co wchodzi w interakcję z tymi ziarnami, niezależnie od tego, czy jest to wiatr słoneczny, czy coś, co ma wpływ. Tak więc powierzchnia jest źródłem atmosfery, która powraca i ponownie wchodzi w interakcje z powierzchnią. I naprawdę musisz zrozumieć cały ten system. ”
Więc jakie jest jej najlepsze przypuszczenie co do źródła wody?
Hurley powiedział, że w regolicie musi zachodzić pewien rodzaj recyklingu i być może złożona chemia powierzchni, która pozwala H20 i OH istnieć przez dłuższy czas, co lepiej wyjaśnia gęstość powierzchni.
„Spojrzałam na to, co może się dziać w atmosferze i jak rzeczy skaczą z powierzchni w górę, a następnie z powrotem na powierzchnię” - powiedziała. „Księżycowy regolit jest raczej luźny, a te małe cząsteczki i gazy mogą spaść w regolicie i znajdować się w górnej części o kilka centymetrów, a następnie schodzić w dół i wycofywać się. Tak więc w górnej warstwie odbywa się wymiana, która działa jak rezerwuar. To moje najlepsze przypuszczenie, co się dzieje. ”
