Vodu v kráteru Clavius na Měsíci potvrdila SOFIA

Předchozí pozorování měsíčního povrchu detekovala výskyt vodíku, ale nebylo zřejmé, zda je vázán v hydroxylu (OH), nebo v molekule vody (H₂O). Observatoř SOFIA poprvé detekovala přímo molekuly vody v kráteru Clavius. Pozorovaná data odhalují koncentraci od 100 do 412 částic na milion, což by prý mělo odpovídat asi 350 ml vody v metru krychlovém měsíční půdy. Výsledky byly publikovány v posledním vydání časopisu Nature Astronomy.

“Měli jsme náznaky, že voda, jak ji známe, je možná přítomna na sluncem ozářeném povrchu Měsíce,” řekl Paul Hertz, ředitel divize astrofyziky z ředitelství vědeckých misí v ústředí NASA ve Washingtonu. “Nyní víme, že tu opravdu je. Tento objev nás staví před nové výzvy, jak chápat povrch Měsíce, a klade nám nové otázky o zdrojích důležitých pro další průzkum Sluneční soustavy.”

Pro srovnání, na vyprahlé Sahaře je asi 100× více vody, než jaké objevila SOFIA v lunárním regolitu. Přesto tento objev vyvolává otázky, jak byla tato voda vytvořena a jak zůstává uchována v tomto drsném vzduchoprázdném prostředí měsíčního povrchu.

Voda je drahocenný zdroj potřebný pro naše budoucí vesmírné výpravy a klíčová složka existence života, jak jej známe. Zda je voda objevená observatoří SOFIA zdrojem, který půjde využít, nebo nikoli, je předmětem dalšího výzkumu. V rámci programu Artemis se chce NASA dozvědět vše o výskytu vody na Měsíci, a to před vysláním první ženy a dalších mužů na měsíční povrch v roce 2024 a vytvořením udržitelné lidské přítomnosti na Měsíci ke konci tohoto desetiletí.

Výsledky měření SOFIA stojí na mnohaletém předchozím výzkumu výskytu vody na Měsíci. Když skončila mise Apollo na začátku sedmdesátých let 20. století, zdálo se, že povrch Měsíce je zcela suchý. Mise na oběžné dráze i dopady na povrch v posledních dvaceti letech potvrdily výskyt vodního ledu v trvale zastíněných kráterech kolem měsíčních pólů. 

Mezitím mnoho sond objevilo přítomnost hydratace hornin na osvětlených částech povrchu. Byly to např. Cassini k Saturnu, Deep Impact ke kometě, nebo indická mise Chandrayaan-1, ale také pozemská observatoř Infrared Telescope Facility. Žádná z nich ale nedokázala rozlišit frmu, v jaké se zde vyskytuje, zda jako H₂O nebo OH.

SOFIA nám nabízí nový způsob pohledu na Měsíc. Létá ve výškách kolem 15 kilometrů a jedná se o upravený letoun Boeing 747SP, z jehož zadní části se bokem dívá dalekohled o průměru 269 cm. V těchto výškách se dalekohled nachází nad 99 procenty vodních par a má tak téměř ideální výhled v oblasti infračerveného záření. Pozorování zajišťuje kamera FORCAST (Faint Object infraRed CAmera for the SOFIA Telescope. SOFIA má unikátní schopnost detekovat specifické vlnové délky typické pro molekuly vody na 6,1 mikrometrech. Právě tato unikátní schopnost pomohla observatoři najít překvapivě velké množství vody v kráteru Clavius.

Výskyt je o to překvapivější, protože bez husté atmosféry, která by povrch Měsíce chránila, by měly molekuly vody dávno někam zmizet. Něco tedy generuje stále nové a něco jim pomáhá se zde udržet. Nabízí se například, že vodu sem neudtále přináší mikrometeority. Další možností je, že sluneční vítr přináší vodík, který reaguje s kyslíkem v horninách za vzniku hydroxylu OH a bombardování mikrometeority pak způsobuje jeho přeměnu na molekuly vody.

Zajímavou otázkou dále je, co udržuje vodu uvnitř regolitu. Jednou z možností je, že voda je zachycena v drobných perlám podobných strukturách vytvořených horkem vyvolaným dopady mikrometeoritů. Další možnost je, že voda je zachycena mezi zrnky lunární půdy, což by ji zároveň činilo pro nás dostupnější.

Dalekohled SOFIA je obvykle používán k výzkumu vzdálených oblastí vesmíru nebo Sluneční soustavy, kde není problém jej zaměřit správným směrem, i když se letadlo mezitím pohybuje. V případě Měsíce je situace odlišná a když to v srpnu 2018 operátoři zkusili, šlo hlavně o test, zda je to vůbec možné pozorovat stále stejné místo na Měsíci, kdy zde nejsou v zorném poli žádné hvězdy, na které by se bylo možné chytit a sledovat je.

"Bylo to porvé, kdy jsme observatoř SOFIA zaměřili na Měsíc a zdaleka si nebyli jisti, zda získáme použitelná data, ale otázka výskytu vody na Měsíci nás motivovala to zkusit,” řekl Naseem Rangwala, vědec z projektu SOFIA v Ames Research Center v kalifornském Silicon Valley. “Je úžasné, že tyto výsledky pochází z něčeho jako testu dalekohledu a taky nyní víme, ža taková pozorování jsou možná a plánujeme další.”

Během dalších pozorování se SOFIA zaměří na různé Sluncem ozářené oblasti měsíčního povrchu, a to i za různé fáze Měsíce. Data poslouží dalším misím, jako např. Volatiles Investigating Polar Exploration Rover (VIPER) s cílem vytvořit mapy vhodných zdrojů pro lidské výpravy.

Ve stejném čísle Nature Astronomy vědci publikovali modely a data Lunar Reconnaissance Orbiteru, které ukazují, že voda může být přítomna ve větších oblastech povrchu Měsíce, například v malých stinných oblastech, kde voda nepřesahuje bod tání ledu. Výsledky této práce jsou zde.   

Voda je cenným zdrojem jak pro vědecké účely, tak pro využití našimi budoucími průzkumníky,“ řekl Jacob Bleacher, hlavní vědecký pracovník NASA z Ředitelství pro lidský průzkum a operace. "Pokud budeme moci použít místní zdroje na povrchu Měsíce, nebudeme muset přivézt tolik zdrojů a vybavení ze Země."

Zdroje a doporučené odkazy:
[1] NASA’s SOFIA Discovers Water on Sunlit Surface of Moon
[2] Jedna z nejaktivnějších hvězdných porodnic
[3] Supergalaktický hvězdný vítr představuje klíč k vývoji galaxií
[4] Kosmický prach se formuje při explozích supernov
[5] Pozorování komety při prvním průletu Sluneční soustavou přineslo překvapení