Crédit :Université d'Hawaï à Manoa
Pour la première fois, une étude interdisciplinaire a montré chimique, physique, et des preuves matérielles de la formation d'eau sur la lune. Deux équipes de l'Université d'Hawai'i à Mānoa ont collaboré au projet :des physico-chimistes du département de chimie de l'UH Mānoa, W.M. Laboratoire de recherche Keck en astrochimie et planétologues au Hawai'i Institute of Geophysics and Planetology (HIGP).
Bien que des découvertes récentes par des engins spatiaux en orbite tels que le Lunar Prospector et l'atterrisseur dur Lunar Crater Observation and Sensing Satellite suggèrent l'existence de glace d'eau aux pôles de la lune, l'origine de cette eau est restée incertaine. L'eau lunaire représente l'une des exigences clés pour la colonisation permanente de la lune en tant que matière première pour la production de carburant et d'énergie (hydrogène, l'oxygène) et aussi comme « eau potable ».
La recherche révolutionnaire est décrite dans "Untangling the formation and release of water in the lunar regolith, " rédigé par le boursier postdoctoral UH Manoa Cheng Zhu et ses collègues du Actes de l'Académie nationale des sciences .
Le professeur de chimie Ralf I. Kaiser et Jeffrey Gillis-Davis de HIGP ont conçu les expériences pour tester la synergie entre les protons d'hydrogène du vent solaire, minéraux lunaires, et les impacts de micrométéorites. Zhu a irradié des échantillons d'olivine, un minéral sec qui sert de substitut à la matière lunaire, avec des ions deutérium comme proxy des protons du vent solaire.
L'eau et ses précurseurs ont été stockés dans des silicates lunaires et libérés dans la phase gazeuse par impact de (micro)météorites. Crédit :Molécules et données avec l'aimable autorisation de Cheng Zhu et Ralf I. Kaiser; image d'arrière-plan avec l'aimable autorisation de NASA/Goddard/Conceptual Image Lab.
Deutérium irradié seulement « les expériences n'ont révélé aucune trace de formation d'eau, même après avoir augmenté la température jusqu'à des températures diurnes lunaires aux latitudes moyennes, " expliqua Zhu. " Mais quand nous avons réchauffé l'échantillon, nous avons détecté du deutérium moléculaire, suggérant que le deutérium - ou l'hydrogène - implanté à partir du vent solaire peut être stocké dans la roche lunaire."
Kaiser a ajouté, "Par conséquent, une autre source de haute énergie pourrait être nécessaire pour déclencher la formation d'eau dans les minéraux de la lune, suivie de sa libération sous forme de gaz détectable. »
La deuxième série d'expériences d'irradiation au deutérium a été suivie d'un chauffage au laser pour simuler les effets thermiques des impacts de micrométéorites. Une salve d'ions avec des rapports masse/charge correspondant à celui de l'eau lourde ionisée individuellement a été observée dans la phase gazeuse pendant les impulsions laser. « L'eau a continué à être produite pendant les impulsions laser après l'augmentation de la température, suggérant que l'olivine stockait des précurseurs d'eau lourde libérés par chauffage laser, " dit Zhu.
Pour imager ces processus et interpréter l'impact plus large sur la lune et d'autres corps, Hope Ishii et John Bradley de HIGP ont utilisé la microscopie électronique à balayage par faisceau d'ions focalisés et la microscopie électronique à transmission dans le Centre de microscopie électronique avancée. Ils ont observé des piqûres de surface submicrométriques, certains partiellement recouverts de couvercles, suggérant que la vapeur d'eau s'accumule sous la surface en vésicules jusqu'à ce qu'elles éclatent, libérant de l'eau des silicates lunaires lors de l'impact des micrométéorites.
"Globalement, cette étude fait progresser notre compréhension de l'origine de l'eau détectée sur la lune et d'autres corps sans air dans notre système solaire tels que Mercure et les astéroïdes et fournit, pour la première fois, un mécanisme scientifiquement solide et prouvé de formation d'eau, " Jeffrey Gillis-Davis de HIGP a conclu.
