Sejsmologia sposobem na poszukiwanie księżycowej wody
Badacze z University of Maryland, Lawrence Berkeley National Laboratory oraz University of Hawaii wykazali, że drgania sejsmiczne mogą zostać wykorzystane do odnajdywania oraz mapowania podpowierzchniowego lodu na Księżycu. Wyniki ich pracy opublikowano w czasopiśmie „Science Advances”.
NASA planuje w ramach programu Artemis załogowe lądowania w pobliżu południowego bieguna Księżyca w 2028 roku. Znajdujący się w głębokich, stale zacienionych kraterach polarnych lód wodny jest postrzegany jako jeden z najcenniejszych zasobów, które mogą być dostępne dla przyszłych astronautów. Po przetopieniu i oczyszczeniu można byłoby uzyskać z niego wodę pitną, natomiast rozdzielenie wody przy użyciu energii elektrycznej pozwoliłoby pozyskać tlen do oddychania oraz wodór wykorzystywany jako paliwo rakietowe. Znalezienie stabilnego źródła lodu mogłoby więc zmniejszyć ilość materiałów koniecznych do dostarczenia z Ziemi podczas przyszłych misji.
Zdaniem naukowców istotne jest rozpoznanie wszystkich materiałów dostępnych na Księżycu, które mogliby wykorzystać astronauci. Ich możliwości będą ograniczone przez ilość zasobów zabranych z Ziemi. Surowce znalezione na miejscu mogą okazać się pomocne szczególnie podczas długich wypraw oraz działania stałych baz.
Podpowierzchniowy lód może zmieniać obraz fal
Nadal nie wiadomo, jak duże są księżycowe zasoby lodu ani dokładnie, w których miejscach się znajdują. Obserwacje prowadzone przez satelity pozwalają badać powierzchnię Księżyca z orbity, jednak dotyczą przede wszystkim jej zewnętrznej warstwy. Tymczasem pokłady lodu wodnego mogą występować także na większych głębokościach.
W badaniu przyjęto, że grunt zawierający zamrożony materiał oraz suchy grunt powinny w odmienny sposób wpływać na przechodzące przez nie fale sejsmiczne. Lód zwiększałby sztywność materiału, z którym zostałby wymieszany, powodując rozchodzenie się drgań od dwóch do trzech razy szybciej niż w suchym podłożu. Obszary zawierające większe ilości lodu mogłyby również odbijać energię sejsmiczną, zamiast pozwalać jej przechodzić dalej. Według geologów odpowiednio rozmieszczone sejsmometry na Księżycu mogłyby rejestrować takie efekty. Pozwoliłoby to nie tylko wykrywać obecność lodu, ale również szacować jego ilość pod powierzchnią.
Do sprawdzenia tych założeń naukowcy wykorzystali trzy metody. Najpierw zamrozili skałę wulkaniczną pochodzącą z Arizony, którą po rozdrobnieniu można było wykorzystać jako odpowiednik księżycowego regolitu. Promieniowanie rentgenowskie posłużyło następnie do sprawdzenia, w jaki sposób lód zajmuje niewielkie przestrzenie znajdujące się między ziarnami podłoża.
W drugim etapie przygotowano szczegółową mapę temperatur południowego bieguna Księżyca. Pozwoliła ona wskazać kratery, w których warunki termiczne mogły umożliwić zachowanie lodu przez miliardy lat. Trzecia metoda obejmowała komputerowe symulacje niewielkich wstrząsów księżycowych przechodzących przez warstwy zawierające lód pod powierzchnią. Każde z tych podejść wykazało, że obecność lodu powoduje charakterystyczne, możliwe do zarejestrowania zmiany w danych sejsmicznych.
Księżycowy lód może zachować informacje o dawnym Układzie Słonecznym
Podpowierzchniowy lód ma znaczenie nie tylko z punktu widzenia przyszłych wypraw załogowych, lecz także badań naukowych. Zacienione kratery Księżyca mogą przez miliardy lat przechowywać substancje lotne, w tym wodę w postaci lodu, zachowując je niemal bez zmian. Księżycowe skały mają około 4 miliardów lat, dlatego analiza takiego materiału może dostarczyć informacji o tym, w jaki sposób woda znalazła się we wczesnym Układzie Słonecznym.
Możliwość zweryfikowania przedstawionych przewidywań może pojawić się już wkrótce. Misja Chang’e-7, na której pokładzie znajdzie się sejsmometr, ma pod koniec 2026 roku wylądować w pobliżu krateru Shackleton. W jego otoczeniu znajduje się wiele miejsc, w których podejrzewa się obecność lodu. Z kolei w 2028 roku astronauci uczestniczący w programie Artemis mogą rozmieścić Lunar Environmental Monitoring Station, instrument przeznaczony do prowadzenia obserwacji sejsmicznych.
Mariusz Drzewiecki
