Da astronautene på Apollo-ferdene kom tilbake fra de første bemannede reisene til månen for noen tiår tilbake, hadde de med seg mengder av steiner og månestøv. Målingene fra disse eksemplarene viste at jordsmonnet på vår eneste naturlige satellitt var tørt – ufattelig tørt. Idag viser det seg imidlertid at det har vært vann der hele tiden, og hadde astronautene bare brukt de riktige instrumentene på de riktige stedene til riktig tid, hadde funn av vann kanskje allerede vært fastslått.
Tre separate kartleggings-instrumenter
Forskere ved NASA har nå altså oppdaget tydelige spor etter vannmolekyler, særlig nær de polare områdene på månen: Nær polene er det større andel vann enn nær ekvator. Instrumenter om bord på hele tre uavhengige romfartøy har vært med på å avsløre vann i større mengder enn forutsett. Det har også blitt funnet hydroksider, molekyler som består av et oksygenatom og et hydrogenatom, i jordsmonnet på månen. Funnene har blitt publisert i journalen Science denne uken.
Instrumentene som ble brukt, tilhører alle NASA: Det ene, Moon Mineralogy Mapper (M3), befant seg på den indiske romorganisasjonen ISROs månesonde Chandrayaan-1, et prosjekt som brått måtte avsluttes da fartøyet mistet kontakten med jorden forrige måned. Dette instrumentet var det første som rapporterte spesifikt om funnene. Data fra to andre instrumenter, det ene på romsonden Cassini, som nå går i bane rundt Saturn, og det andre ombord på fartøyet EPOXI (tidligere kjent som Deep Impact), bidro til å bekrefte funnene. Instrumentene er spektrografer, som brukes til å analysere lyset som treffer dem over et bestemt område av bølgelengder. Slik kan man finne spor etter kjemiske stoffer. Disse detektorene gjorde det mulig å kartlegge eventuelle vannforekomster på månen mer effektivt enn noensinne.
Ikke nødvendigvis en fuktig klode
Til venstre vises månens albedo, eller andelen sollys som reflekteres fra månens overflate. Til høyre vises områdene der infrarødt lys absorberes, på den karakteristiske måten som kjennetegner tilstedeværelsen av vannmolekyler og hydroksider. Signaturen er aller tydeligst ved de kjølige, høyere breddegrader nær månens poler. Blå pil peker på Goldschmidt-krateret, et stort område rikt på mineralet feltspat, hvor sporene etter vann er ekstra tydelige. (Større utgave)
Foto: ISRO / NASA / JPL-Caltech / Brown Univ.
Et vannmolekyl består av to hydrogenatomer bundet til et oksygenatom. Det kan dannes ved at hydrogen kombineres med et hydroksid-molekyl, OH-. Når enten et slikt molekyl eller et vannmolekyl (H2O) absorberer til seg energi, er det helst i form av infrarødt lys med bølgelengde 2,8 mikrometer. Det kommer masse lys av denne typen fra solen. Dersom det ikke hadde vært vannmolekyler på månen, ville slikt lys bare bli reflektert, og sprette av sted fra månens overflate sammen med alle de andre bølgelengdene. Men dataene fra spektrografene, altså lysspektrene fra månelyset, viser nettopp at mye av lyset med bølgelengde 2,8 mikrometer mangler fra spekteret. Det vil si at vannmolekylene har absorbert lyset. Ingenting annet som vi vet om absorberer lys med denne bølgelengden, noe som har ledet forskerne til den elegante konklusjonen at vann er tilstede på månen.
Nå betyr dessverre ikke tilstedeværelsen av vann på månen at det finnes sjøer å plaske i der oppe. Det som har vært mulig å kartlegge med de nevnte instrumentene, viser vannmolekyler spredt over et millimeter tynt lag av overflaten, og totalt er det anslått å være i underkant av en liter per tonn overflatemateriale. Jordens tørreste ørkener har mer vann enn det som er oppdaget på månen!
Noe av det mest oppsiktsvekkende ved oppdagelsen er at vannet og hydroksidene viser seg å eksistere ved alle breddegrader, selv ved ekvator og i direkte sollys, noe som var antatt å ikke være mulig før nå. Dette forteller oss at det foregår interessante dynamiske prosesser på en klode vi lenge trodde var tørr og død, og at vi har masse å lære.
Det ser ut til at vannet gjennomgår en syklus av skapelse og ødeleggelse i løpet av et døgn på månen. Uten en atmosfære er månen fullstendig eksponert for solvinden, som blant annet inneholder hydrogenioner. Hydrogenet kan vekselvirke med oksygen i jordsmonnet på månens overflate, og slik skapes trolig vannmolekyler. Vannet ser videre ut til å bli dannet når det er natt, oppløst i løpet av den to uker lange dagsperioden, og nær kvelden kjøles overflaten ned igjen slik at syklusen gjentar seg. På denne måten vil hele månens overflate, uavhengig av terreng, “fuktes” i løpet av en større eller mindre periode om dagen.
Betydningen for videre utforskning og romfart
Implikasjonene for utforskngen av andre måner og kloder i solsystemet er store. Effektene som er beskrevet kan likegodt forekomme på et hvilket som helst legeme i solsystemet som ikke har en atmosfære. Dette inkluderer både Merkur og asteroider.
Skjematisk fremstilling som viser en strøm av ladede hydrogenioner, fraktet fra solen med solvinden: Ett mulig scenario for å forklare oppsamling av vann på månens overflate er at på dagtid, når overflaten blottlegges for solvinden, frigjør hydrogenioner oksygen fra mineraler, og danner OH og H2O. Dette bindes deretter svakt til overflaten. Ved høye temperaturer (rødt/gult) frigjøres flere molekyler enn det som absorberes. Når temperaturen synker (grønt/blått), samles det opp OH og H2O.
Illustrasjon: University of Maryland / F. Merlin / McREL
Likevel er solvind-hypotesen bare en av mange ideer om opphavet til vannmolekylene; Det kan også ha oppstått fra kometer, meteoritter, eller kanskje en utblåsning av gass fra månens indre. Vitenskapen rundt månens overflate og omgivelser er fremdeles på et veldig tidlig stadium, og mye utforskning og beregninger trengs i fremtiden for å komme nærmere svaret på gåten.
Dersom vann blir dannet kontinuerlig på månen, er det følgelig mulig å tenke seg at det kunne konstrueres en anordning som kunne ekstrahere og samle det opp. Slik enkel tilgang på vann vil ha store følger for planer om fremtidige bemannede ferder, enten det er korte turer eller permanente baser. Det spørs imidlertid om dette ville bli så enkelt, når andelen vannmolekyler er så lite og såpass spredt utover som det funnene viser.
Videre er det også gode sjanser for at vann faktisk finnes i store konsentrasjoner i bunnen av dype kratre, hvor sollyset aldri når ned. Sonden LCROSS er designet for å finne ut av nettopp dette: Den 9. oktober, om drøye to uker, vil LCROSS sørge for to kontrollerte kollisjoner med krateret Cabeus A. Den første skjer med sondens utbrente Centaur-rakett. Etter at satellitten har studert kollisjonsmaterialet som raketten slynget utover, vil den selv kollidere med månen. Analyser av sammenstøtene vil vise om materialet inne i krateret inneholder vann. Oppdagelsen av jevne forekomster av vannmolekyler spredt utover månens overflate vil utvilsomt bidra til at LCROSS vil få ekstra stor oppmerksomhet de nærmeste dagene.