Een schematische weergave van supersnelle waterstofionen die vanaf het zonneoppervlak in het maanoppervlak worden geïnjecteerd en verrijkt op het oppervlak van maanbodemdeeltjes Credit: Prof. Lin Yangting’s groep
De laatste tijd is er veel aandacht geweest voor de overvloed, verspreiding en oorsprong van maanoppervlaktewater vanwege de cruciale rol ervan in toekomstige verkenning van de ruimte.
Een onderzoeksteam bestaande uit leden van het National Space Science Center en het Institute of Geology and Geophysics, beide onderdeel van de Chinese Academie van Wetenschappen, ontdekte dat de korrelranden van de grondmonsters die door de Chang’e-5-missie zijn verzameld, hoge niveaus hebben van waterstof en een lage verhouding van deuterium tot waterstof, consistent met de theorie dat maanwater afkomstig is van de zonnewind.
De bevindingen zijn gepubliceerd in de Procedures van de National Academy of Sciences.
De onderzoekers voerden simulaties uit over het behoud van waterstof in maanbodems bij verschillende temperaturen. Ze ontdekten dat water uit het ZW goed kon worden bewaard in de middelste en hoge breedtegraden van het maanoppervlak. « De polaire maanbodems zouden meer water kunnen bevatten dan Chang’e-5-monsters », zei professor Lin Yangting van IGG, corresponderende auteur van het onderzoek.
Eerdere studies hebben aangetoond dat water (OH/H2O) op het maanoppervlak varieert met de breedtegraad en het tijdstip van de dag (tot 200 ppm). Zo’n voor de hand liggende verandering impliceert een snelle desorptiesnelheid van het maanoppervlak.
In tegenstelling tot de zes Apollo- en drie Luna-missies, die allemaal landden op lage breedtegraden (8,97 ° ZB—26,13 ° N), stuurde de Chang’e-5-missie grondmonsters terug van een locatie op de middelste breedtegraad (43,06 ° N). Bovendien werden de Chang’e-5-monsters verzameld van de jongste bekende maanbasalt (2,0 Ga) en de droogste basaltbasis. Daarom zijn Chang’e-5-monsters de sleutel tot het aanpakken van de ruimtelijk-temporele verdeling en retentie van SW-afgeleid water in de maanregoliet.
Op 17 maanbodemkorrels die door de Chang’e-5-missie waren teruggestuurd, namen de onderzoekers NanoSIMS-diepteprofileringsmetingen van waterstofabundantie en berekenden ze deuterium / waterstofverhoudingen.
De resultaten toonden aan dat de meerderheid van de korrelranden (bovenste ~ 100 nm) hoge concentraties waterstof vertoonden (1.116-2.516 ppm) met extreem lage δD-waarden (-908 ‰ tot -992 ‰), wat een SW-oorsprong impliceert. Op basis van de korrelgrootteverdeling van de maanbodems en hun waterstofgehalte, werd het bulk SW-afgeleide watergehalte geschat op 46 ppm voor de Chang’e-5 maanbodems, consistent met het teledetectieresultaat.
Verwarmingsexperimenten op een subset van de korrels toonden aan dat de SW-geïmplanteerde waterstof na begraving kon worden bewaard. Met behulp van deze informatie samen met eerdere gegevens, hebben de onderzoekers een model opgesteld van het dynamische evenwicht tussen de implantatie en ontgassing van SW-waterstof in bodemkorrels op de maan, waaruit blijkt dat temperatuur (breedtegraad) een sleutelrol speelt bij de implantatie en migratie van waterstof. in maanbodems.
Met behulp van dit model voorspelden ze een nog grotere hoeveelheid waterstof in de korrelranden in de poolgebieden van de maan. « Deze ontdekking is van groot belang voor het toekomstige gebruik van waterbronnen op de maan », zei professor Lin. « Ook door het sorteren en verwarmen van deeltjes is het relatief eenvoudig om het water in de maanbodem te exploiteren en te gebruiken. »
Referentie: « Hoge overvloed aan door zonnewind afgeleid water in maanbodems vanaf de middelste breedtegraad » door Yuchen Xu, Heng-Ci Tian, Chi Zhang, Marc Chaussidon, Yangting Lin, Jialong Hao, Ruiying Li, Lixin Gu, Wei Yang , Liying Huang, Jun Du, Yazhou Yang, Yang Liu, Huaiyu He, Yongliao Zou, Xianhua Li en Fuyuan Wu, 12 december 2022, Procedures van de National Academy of Sciences.
DOI: 10.1073/pnas.2214395119
