Zespół naukowców pod kierownictwem planetologa z Uniwersytetu Hawai’i (UH) w Manoa odkrył, że elektrony o wysokiej energii w warstwie plazmy Ziemi przyczyniają się do procesów wietrzenia na powierzchni Księżyca i, co ważne, elektrony mogły wspomagać powstawanie wody na powierzchni Księżyca. Wyniki badania opublikowano dzisiaj w czasopiśmie Nature Astronomy.
Zrozumienie stężeń i rozmieszczenia wody na Księżycu ma kluczowe znaczenie dla zrozumienia jej powstawania i ewolucji oraz zapewnienia zasobów wodnych na potrzeby przyszłych eksploracji człowieka. Nowe odkrycie może również pomóc w wyjaśnieniu pochodzenia lodu wodnego odkrytego wcześniej w stale zacienionych obszarach Księżyca.
Ze względu na magnetyzm Ziemi wokół planety znajduje się pole siłowe, zwane magnetosferą, które chroni Ziemię przed warunkami atmosferycznymi w przestrzeni kosmicznej i szkodliwym promieniowaniem słonecznym. Wiatr słoneczny popycha magnetosferę i zmienia jej kształt, tworząc długi warkocz po nocnej stronie. Arkusz plazmy w tym ogonie magnetycznym to obszar składający się z elektronów i jonów o wysokiej energii, które mogą pochodzić z Ziemi i wiatru słonecznego.
Wcześniej naukowcy skupiali się głównie na roli jonów o wysokiej energii w wietrzeniu kosmicznym Księżyca i innych ciał pozbawionych powietrza. Wiatr słoneczny, składający się z cząstek o wysokiej energii, takich jak protony, bombarduje powierzchnię Księżyca i uważa się, że jest to jeden z głównych sposobów powstawania wody na Księżycu.
Opierając się na swoich wcześniejszych pracach, które wykazały, że tlen w ogonie magnetycznym Ziemi rdzewieje żelazo w obszarach polarnych Księżyca, Shuai Li, asystent naukowy w Szkole Nauki i Technologii Oceanu i Ziemi (SOEST) UH Manoa, zainteresował się badaniem zmian w wietrzeniu powierzchni gdy Księżyc przechodzi przez ogon magnetyczny Ziemi, obszar, który prawie całkowicie osłania Księżyc przed wiatrem słonecznym, ale nie przed fotonami światła słonecznego.
„To naturalne laboratorium do badania procesów powstawania wód powierzchniowych Księżyca” – powiedział Li. „Kiedy Księżyc znajduje się poza ogonem magnetycznym, powierzchnia Księżyca jest bombardowana wiatrem słonecznym. Wewnątrz ogona magnetycznego prawie nie ma protonów wiatru słonecznego i spodziewano się, że tworzenie się wody spadnie prawie do zera.”
Li i współautorzy przeanalizowali dane teledetekcyjne zebrane przez instrument Moon Mineralogy Mapper na pokładzie indyjskiej misji Chandrayaan 1 w latach 2008–2009. W szczególności ocenili zmiany w tworzeniu się wody, gdy Księżyc przechodził przez ogon magnetyczny Ziemi, który obejmuje arkusz plazmy .
„Ku mojemu zdziwieniu obserwacje teledetekcyjne wykazały, że tworzenie się wody w ogonie magnetycznym Ziemi jest prawie identyczne z czasem, gdy Księżyc znajdował się poza ogonem magnetycznym Ziemi” – powiedział Li. „To wskazuje, że w ogonie magnetycznym mogą zachodzić dodatkowe procesy formowania się lub nowe źródła wody niezwiązane bezpośrednio z implantacją protonów wiatru słonecznego. W szczególności promieniowanie elektronów o wysokiej energii wykazuje podobne skutki jak protony wiatru słonecznego”.
„W sumie to odkrycie i moje poprzednie odkrycia dotyczące zardzewiałych biegunów Księżyca wskazują, że matka Ziemia jest silnie powiązana ze swoim Księżycem w wielu nierozpoznanych aspektach” – powiedział Li.
W przyszłych badaniach Li zamierza wziąć udział w misji księżycowej w ramach programów NASA Artemis, aby monitorować środowisko plazmy i zawartość wody na powierzchni polarnej Księżyca, gdy Księżyc znajduje się w różnych fazach podczas przemieszczania się ogona magnetycznego Ziemi.