Rengeteg vizet találtak a Holdon

A NASA csütörtökön este tart sajtótájékoztatót három egymással összefüggő új eredményről: ezek alapján vízben sokkal gazdagabb a Föld Holdja, mint azt korábban feltételezték. A kutatásokkal kapcsolatos három cikk a Science legújabb, pénteki számában jelenik meg, de a lap szerkesztősége - a kiszivárgott hírek miatt - korábban feloldotta az eredmények közlésének embargóját.

Nem olyan száraz a Hold felszíne, mint azt eddig gondolták

Három, egymástól független megfigyelés együttesen mutatja, hogy a Holdon sok vízmolekula lehet - de nem folyékony, hanem ásványokhoz kötött, illetve gáz halmazállapotban.

Égi kísérőnket egészen mostanáig kifejezetten száraz égitestnek tekintették, bár a közelmúlban néhány jel már utalt arra, hogy nagyobb arányban lehetnek rajta vízmolekulák. Egyrészt az Apollo-expedíciók holdkőzeteinek modern, a korábbiaknál pontosabb vizsgálata alapján feltételeznek jelentős mennyiségű H₂O-t az égitest anyagában. A Hold sarkvidéki krátereinek űrszondás tanulmányozása során pedig egyre bizonyosabbnak tűnik, hogy a napfénytől védett, sötét és mély kráterekben stabilan felhalmozódhatott vízjég. Ez utóbbi kiderítése céljából csapódik a Holdba október 9-én a LCROSS nevű űrszonda.

A fentiektől függetlenül három, egymástól független műszer és mérési módszer is arra utal, hogy a vízmolekulák gyakoribbak a Holdon, és fontosabb szerepet játszanak az égitest fejlődésében, mint azt eddig feltételezték. Az alábbiakban a Science Express 2009. szeptember 24-i számában megjelent három cikk alapján tekintjük át a H₂O molekulák jelenlétét és viselkedését a Hold felszínén.

Három új eredmény a holdi vízről

Az egyik felfedezés az indiai Chandrayaan-1 űrszonda mérésein alapul, amelynek felszíni egysége 2008 novemberében a Holdba csapódott. Carle Pieters (Brown University, USA) és kollégái a távol-keleti szondán elhelyezett amerikai Moon Mineralogy Mapper detektor adatait elemezték. A berendezéssel a felszínről visszavert sugárzás színképeiben a 2,8 és 3 mikrométer közötti hullámhosszon mutatkozott elnyelés, ami a felszíni anyagokban lévő H₂O és OH molekuláktól származik. (Arról van szó, hogy a felszínről visszaverődő sugárzás egy része nem jut el a műszerekhez, mert valamilyen felszíni anyag elnyeli. Az elnyelési hullámhosszakból lehet következtetni a felszíni anyag milyenségére.) Itt tehát nem folyékony vízről, nem is vízjégről, hanem kémiailag kötött vízmolekulákról van szó. A kérdéses összetevő sok helyen megtalálható a Holdon, azonban legtöbb magas szélességeken (a sarkvidékekhez közelebb) akad belőle.

A Chandrayaan-1 infravörös felvétele egy kráterről a Hold túloldalán (balra) és a víztartalmú ásványok eloszlása a területen (jobbra) (ISRO, NASA, JPL-Caltech, USGS, Brown)

A fentiektől függetlenül a Cassini-űrszonda (évekkel ezelőtt) szintén készített nagyfelbontású színképi méréseket VIMS detektorával a Holdról, a Szaturnusz felé vezető útján. Roger Clark (US Geological Survey) ezeket a régi adatokat elemezte, és szintén a 2,8 és 3 mikrométer közötti hullámhosszakon talált erős elnyelést a spektrumban. A mérések itt is H₂O illetve OH jelenlétével magyarázhatók a regolitban, amelyek 10 és 1000 ppm (milliomod rész) közötti koncentrációban voltak jelen. Ráadásul olyan területeken is előfordulnak, amelyeket korábban teljesen száraznak tekintettek. A legerősebb jel a terminátornál, tehát a fény-árnyék határvonalnál mutatkozott, ami egy napi ciklusra utal.

Egy harmadik űreszköz, a Deep Impact-űrszonda is végzett néhány megfigyelést a Hold mellett elhaladva. Jessica Sunshine (University of Maryland, USA) és kollégái az űreszköz infravörös térképezése alapján nyomokban szintén kötött vízmolekulákat azonosítottak. A legerősebb jel az északi sarkvidékről származott, ahol a H₂O molekulák 0,5 tömegszázalékban lehetnek jelen a törmeléktakaróban.

A molekulák koncentrációja erős ingadozást mutatott, és a besugárzással kapcsolatos napi hőmérsékletváltozásoknak megfelelően módosult. A mérések alapján a Hold idősebb és világos, felföldeknek nevezett területei kevesebb vízmolekulát tartalmaznak, mint a sötétebb, bazaltos anyagú, úgynevezett mare-síkságok ("tengerek"). A jelenség oka pontosan nem ismert, de feltehetőleg az ásványos összetételben és a szemcseméretben mutatkozó eltérés okozza. A mérések alapján a Hold felszínének jelentős része, még ha csak gyengén is, de a holdi napok egy része alatt hidratált állapotban van. A legmagasabb víztartalom az ásványokban éjszaka jelentkezik. További érdekesség, hogy úgy tűnik, a H₂O ciklikus elnyelődése-kibocsátása révén a molekulák vándorolnak, és eközben a hidegebb térségek, főleg a pólusok felé migrálhatnak. (Jobbra: a Deep Impact-űrszonda felvétele 2007. december 31-én a Holdról (NASA / JPL-Caltech / UMD / GSFC)

Honnan jöhet a víz?

A fenti eredmények nem illenek össze a korábbi elgondolássokkal, melyek szerint a Hold kifejezetten száraz világ. Egyelőre pontosan nem ismert a H₂O forrása, de a megfigyeléseket többen úgy értelmezik, hogy külső hatás segíti a vízmolekulák képződését. A vízmolekulák rögzülése, majd eltávozása jelenleg is zajló folyamat lehet. Az egyik elgondolás szerint napközben, amikor a napszél (a Napból érkező részecskeáramlás) a Hold felszínét bombázza, a benne érkező hidrogénionok oxigént szabadítanak fel a törmeléktakaróból, amely OH és H₂O molekulákat alkot.

Magasabb hőmérsékleten (a Holdon sárga és vörös színnel) több vízmolekula szabadul fel, mint amennyi megkötődik, míg alacsonyabb hőmérsékleten (zöld, kék színek) több molekula kötődik meg - ennek megfelelően a fény-árnyék határ környékén van több vízmolekula. A sarkvidék mindig ide tartozik (J. Sunshine, University of Maryland)

Ugyanakkor nem szabad megfeledkezni róla, hogy az elmúlt kétmilliárd évben nagyságrendileg 10¹³ kg H₂O kerülhetett a Holdra az üstökösmag-becsapódások révén. Ez négyzetméterenként 0,5 kilogrammnak felel meg, amely - akárcsak a fenti említett anyag - vándorolhat is a felszínen: a melegebb területekről eltávozik, a hidegeken pedig felhalmozódik.

Logikus feltételezés, hogy a fentihez hasonló folyamatok más légkör nélküli, a Naprendszer belső részén mozgó égitesteken is felléphetnek - ha a Holdhoz hasonló külső törmeléktakaró borítja őket.

Forrás: Science / AAAS

Nem ez a víz kell a leendő holdbázisnak

Összefoglalva: a három frissen közölt eredmény jelentőségét az adja, hogy egymástól függetlenül mutatják meg égi kísérőnk eddig nem ismert, a korábban gondoltnál jóval "nedvesebb" arcát. Ugyanakkor a Hold felszínén sok helyen megtalálható H₂O koncentrációja alacsony.

A holdi vízkészletek esetleges hasznosítása ezért csak a sarkvidéki kráterekben feltételezett nagyobb mennyiség esetén perspektivikus. Nem véletlen, hogy az emberes holdbázist kísérőnk poláris vidékeire tervezik.

Emberes holdbázis a sarkvidéken

A NASA tervei szerint az emberes marsutazás felé vezető fontos lépés lenne egy állandóan vagy időszakosan lakott holdbázis létesítése kísérőnkön 2020 környékén. Ennek megvalósítása sok olyan technológia kifejlesztését igényli, amelyek később segítenének a vörös bolygó meghódításában. A holdbázis sarkvidéki helyzetének kedvez, hogy az itt található kiemelkedések és a rajtuk elhelyezett napelemek folyamatosan kapnak napfényt, ugyanakkor a mélyedések állandó sötétségben vannak.

Fantáziarajz a tervezett holdbázisról (NASA)

A cikkben ismertetett elgondolások szerint a mélyedésekben vízjég halmozódhatott fel az évmilliók alatt becsapódó üstökösmagokból, amelynek használata sokkal olcsóbbá tenné a bázis fenntartását. A kibányászott H₂O nem csak ivóvízként hasznosítható, de a bontásával nyert oxigén belélegezhető, illetve hajtóanyagnak is megfelel. Az elmúlt hónapokban azonban bizonytalanná váltak a tervek, ugyanis lassan egyértelművé vált: a NASA jelenlegi költségvetése mellett nem képes ezeket megvalósítani. Az űrrepülőgépek nyugdíjazása után sok pénzt emészt fel az új Orion űrhajó, és az azt szállító Ares rakétarendszer fejlesztése. Az újabb emberes holdraszállás és a holdbázis jövője tehát egyelőre bizonytalan.

Videó a tervezett új holdprogramról (NASA)