Jak ludzkość wyobraża sobie życie poza planetą-na Księżycu, Marsie i nie tylko-pytanie, jak podtrzymywać życie wokół fizycznych potrzeb tlenu, żywności i wody. Wiemy, że na Księżycu jest woda, ale jak ją znaleźć? Czy to w kratach? Regiony zacienione? Biegunki? Wiedza o tym, gdzie patrzeć, daje astronautom najlepszą szansę na udane życie na Księżycu, coś, co do tej pory ma, pozostało science fiction.
Naukowcy z University of California San Diego mogą pomóc w rzeczywistości wprowadzenie science fiction, zapewniając bodźcową pręt, aby prowadzić przyszłe misje kosmiczne, w tym kampanię NASA Artemis, która ma na celu zbadanie i ostatecznie zamieszkiwanie Księżyca. Ich praca pojawia się w specjalnym wydaniu Proceedings of National Academy of Sciences (PNAS) zatytułowanej „Water on the Moon and Mars”, w której znajduje się Artemis I na okładce.
Naukowcy byli zespół ojciec-syn Mark Thiemens, UC San Diego, wybitny profesor chemii i biochemii oraz Maxwell Thiemens, pracownik badawczy w Vrije Universiteit Bruksel, który jest także absolwentem Scripps Institution of Oceanography.
W 1967 r. Laureat Nagrody Nobla Harold Urey i James Arnold – obaj członkowie wydziału w Departamencie Chemii w UC San Diego – byli jednymi z pierwszych, którzy otrzymali próbki Apollo 11 Księżyca. Urey był jednym z pierwszych naukowców, którzy teoretyzowali, że na Księżycu była woda, szczególnie w trwale zacienionych regionach kijków Księżyca. Dzisiaj naukowcy uważają, że woda na Księżycu pochodzi z jednego z trzech źródeł:
Pochodzący z księżyca, stworzony przez wiatry słoneczne (gdzie wodór z słońca reaguje z tlenem o wysokiej energii na Księżycu i prawdopodobnie Mars, aby stworzyć wodę) osadzanie (z lodowatej komety, które rozbiły się na powierzchnię księżycową).
Na Ziemi ludzkie cywilizacje często wybuchają w pobliżu zbiorników wody i nie byłoby inaczej w przestrzeni. Na Księżycu ważne jest, aby znać pochodzenie źródeł wody, ponieważ da astronautów wskazówek na temat tego, gdzie najbardziej rozsądne byłoby ustanowienie baz i siedlisk.
Aby dowiedzieć się o pochodzeniu wody na Księżycu, Morgan Nunn Martinez (który był wówczas absolwentem UC San Diego) wydobył bardzo małe ilości z księżycowych skał zebranych z misji Apollo 9 z 1969 roku. Może wydawać się niewiarygodne zdobycie wody ze skały, ale jest możliwe dzięki „uwalnianiu termicznym”, procesie, w którym próbki księżycowe były podgrzewane do 50, 150 i 1000 stopni Celsjusza (odpowiednio 122, 302 i 1 832 stopni Fahrenheita). Jak się okazuje, skały te były zaskakująco „mokre”.
Najniższe temperatury uwolniły lekko wiązane cząsteczki wody – cząsteczki, które są przymocowane do innych cząsteczek (w tym przypadku skały księżycowej) poprzez słabe przyciąganie. Uwolniono w 1000 stopni Celsjusza, ciasno związane cząsteczki wody, które są głębiej osadzone w skale.
Dzięki temu procesowi zbierane są cząsteczki wody gazowej, a następnie oczyszczane tak, aby pozostał tylko tlen. Następnie zespół zmierzył skład trzech różnych izotopów tlenu.
Izotopy są atomami tego samego elementu, które mają różną liczbę neutronów, co zmienia ich masę – im więcej neutronów, tym cięższy atom. Pomiary te są szczególnie przydatne w określaniu pochodzenia i wieku substancji.
Pomyśl o tym jak o Space Forensics. W sposób, w jaki ludzie mają unikalne odciski palców, przedmioty astronomiczne, takie jak komety i słońce, mają unikalne podpisy. Naukowcy mogą spojrzeć na pomiary izotopu tlenu i określić pochodzenie wody.
Ich dane ujawniły, że większość wód księżycowych prawdopodobnie pochodzi z samego księżyca lub od uderzeń komety. Wbrew powszechnemu przekonaniu wiatry słoneczne nie przyczyniły się znacząco do sklepów wodnych Księżyca.
„W tych badaniach jest miłe, że używamy najbardziej zaawansowanych pomiarów naukowych i obsługuje on zdrowy rozsądek na temat wód księżycowych – wiele z nich było tam od samego początku i więcej było dodawane przez te lodowate uderzenia komety”, stwierdził Maxwell Thiemens. „Nie wydaje się, aby bardziej skomplikowana metoda wody pochodzącej z wiatru słonecznego nie była tak produktywna”.
Chociaż nie jest to główny ciąg pracy, naukowcy mierzyli również próbki z Marsa. Gdyby program Artemis NASA byłby w stanie z powodzeniem kolonizować ludzi na Księżycu, dobrze wróżyłoby do ostatecznej misji zamieszkania Marsa.
„Tego rodzaju prace nie zostały wcześniej wykonane i uważamy, że może zapewnić NASA cenne wskazówki na temat tego, gdzie woda znajduje się na Księżycu” – stwierdził Mark Thiemens. „Prawdziwym celem Artemidy jest dotarcie na Marsa. Nasze badania pokazują, że prawdopodobnie na Marsie jest co najmniej tyle wody, jak na Księżycu, jeśli nie więcej”.
Oczywiście zlokalizowanie wody jest tylko pierwszym krokiem. Możliwość wydobywania go ze skał księżycowych i gleby w ilościach wystarczająco dużych, aby utrzymać życie, będzie wymagało dalszego postępu technologicznego i odkrycia.
Pełna lista autorów: Maxwell Thiemens (Vrije Universiteit Brussel), Morgan Nunn Martinez i Mark Thiemens (UC San Diego).
Badania te zostały częściowo wspierane przez NASA Earth and Space Science Fellowship, Zonta International Amelia Earhart Fellowship i The Achievement Rewards for College Scientists Fellowship.