A Galilei első távcsöves megfigyeléseinek 400. évfordulója kapcsán szervezett "Csillagászat Nemzetközi Évében" egy jelentős felfedezés történt, mégpedig kozmikus égi szomszédunk, a Hold régóta feltételezett vízkészleteivel kapcsolatban. Ezzel egy több évtized múltra visszatekintő keresés ért véget, amihez a legfejlettebb technikájú űrmérésekre volt szükség.
A Chandrayaan-1 M3 spektrométere által a holdfelszínről készített térkép, amelyen a víz előfordulási helyeit kék szín jelzi (kép: NASA és ISRO).
A víz nyomait eddig elsősorban a holdi neutronsugárzás energiaeloszlása alapján próbálták kimutatni, de az első ilyen mérések, amelyeket a Lunar Prospector űrszonda végzett, nem voltak elég meggyőzőek. Több űreszköz Holdba való csapódása alapján sem sikerült kimutatni vizet. Most az LRO holdszonda már sokkal biztatóbb méréseket végez, de mégis korábbi űrszondáknak a Hold felszínéről készített spektroszkópiai méréseinek kiértékelése vezetett el a holdfelszíni víz kimutatásához. Most nézzük az egyes szondák eredményeit.
Az indiai Chandrayaan-1 holdszonda M3 ("M a köbön", Moon Mineralogy Mapper) műszere feltérképezte a Hold teljes felszínének nagy részét és a pólusoknál nagyobb mennyiségben, de alacsonyabb holdrajzi szélességeknél is kimutatható mennyiségű vizet, illetve a vízből származó hidrogént és hidroxilt mutatott ki.
A Cassini űrszonda 1999-es felvételein a holdi víz a kékkel jelölt területeken látható (középső kép), hidroxil pedig a zöld és narancssárga régiókban található (jobb oldali kép, NASA).
A Holdról szintén fontos méréseket végzett a már sok éve a Szaturnusz körül keringő Cassini-szonda, még 1999-ben, illetve a Deep Impact űrszonda, 2007-ben és 2009-ben. A Cassini-mérések kiértékelését Roger N. Clark, az amerikai Geológiai Szolgálat (USGS, Denver, Colorado) munkatársa, a Deep Impact színképek elemzését pedig a Jessica Sunshine (Marylandi Egyetem) által vezetett kutatócsoport végezte. A Chandrayaan-1 holdszonda mérési adatainak értelmezését Carle M. Pieters professzorasszony (Brown Egyetem, Providence, Rhode Island), valamint J. N. Goswami (Indiai Űrkutatási Szervezet, ISRO) kutatócsoportjai készítették el.
Felmerül a kérdés: miért nem száradt ki a Hold felszíne a kialakulása óta eltelt több milliárd év alatt? Ugyanis mai ismereteink szerint a Hold egy kb. Mars méretű égitestnek a Földdel való ütközése következtében keletkezett, vagyis magas hőmérsékletű átalakulások mentek benne végbe, illetve hosszú évmilliárdok alatt a felszínébe rengeteg kisebb-nagyobb égitest csapódott. Ráadásul az ősidőkben még vulkáni aktivitással is sok helyen nagyon magas volt a hőmérséklet, ami kifejezetten kedvezőtlen volt a víz megmaradásához. Fontos még, hogy a Nap elektromágneses és részecskesugárzása, valamint kozmikus sugárzás is állandóan érte és éri a holdfelszínt, ami a molekulákat elszakítja a felszíntől, a kőzetalkotó ásványok kristályszerkezetét szétbontja, ugyanakkor a felszínhez is tudja kötni, be is tudja építeni a molekulákat – és épp itt van a probléma nyitja.
A légkör és erős mágneses tér nélküli Hold felszínére akadálytalanul özönlenek a napszél és más kozmikus sugarak részecskéi, ezek közül is a napszél protonjainak a mennyisége a legszámottevőbb. A protonok elérik a felszínt és a kőzetalkotó ásványok oxigénjével az ásványokba kötött vizet hoznak létre (ezeket hidratált ásványoknak hívjuk, amelyekhez víz adszorbeálódott, vagyis hozzátapadt, illetve beépült). A reggeli és esti oldalon alacsonyabb hőmérsékleten a víz a felszínen az ásványokba kötötten van, míg a napsütötte nappali oldalon a magas hőmérsékleten, illetve fotodisszociáció következtében kötésekből kiszabadulnak a hidrogén atomok és hidroxil gyökök, amelyeket az űrszondák spektrométerei kimutattak. Az infravörösben 2,8-3,2 mikron között a víz is és a hidroxil is jelen van, tehát egymást zavarják a színképben, ezért a víz sávjának elkülönítése laboratóriumi spektrumok összehasonlításával történt, mert a víz elnyelési sávja jellegzetes alakú és adott helyen van.
Bizonyos, például vas, kalcium vagy szilícium tartalmú ásványok kristályszerkezetébe beépülhet a víz, ami miatt ezeket víztartalmú vagy hidratált ásványoknak nevezzük. A Deep Impact mérései szerint a holdi mare bazaltokban jóval erősebb ez a folyamat és intenzívebb napi ingadozást mutat, mint a holdi felföldeken. A fent vázolt folyamat csak egy lehetséges modell és lehet, hogy a jövőben más magyarázata lesz a holdi víz kialakulásának. A Chandrayaan-1 mérései szerint a hidratáció folyamata erős, jól kimutatható a magas holdrajzi szélességeken (pólusvidékeken), illetve a fiatal friss (feldspar tartalmú) kráteres vidékeken, vagyis becsapódási hőhatásnak kitett területeken. Az pedig, hogy nincs összefüggés a neutronsugárzási és színképi adatok között, a hidrogén/hidroxil/víz mostani és felszíni keletkezésére utal. A mostani mérések szerint a holdkőzetek víztartalma maximum 0,5 súlyszázalék. Egy tonna felszíni holdkőzetben 32 uncia víz lehet, vagyis kb. egy liter (1 folyékony uncia = 29,6 milliliter térfogatnak felel meg). Ez nagyon kis mennyiség, mert a felszín 1 milliméteres legfelső rétegében egy molekulányi réteget tesz ki és a legfeljebb egy liter vízet egy kb. futballpálya nagyságú területről kellene összegyűjteni. Másként fogalmazva: a Hold talaja még ezen felfedezések fényében is szárazabb, mint a legszárazabb földi sivatag.
A mai elképzelés szerint a Hold felszínére a napszélből származó protonok a felszíni kőzetalkotók oxigénjével ásványokhoz kötött vizet hoznak létre. A reggeli és esti terminátornál alacsony hőmérsékleten nincs egyáltalán, vagy csak kevés vízből származó hidrogén, hidroxil keletkezik (kék szín), míg a nappali oldalon magas napállásnál sok (narancs szín) (kép: Marylandi Egyetem, Merlin/McREL).
A NASA az LCROSS űrkísérlet keretében most október elejére tervezi az LRO nagy tömegű Centaur rakétafokozatának a Hold déli pólusa közelébe való irányított becsapódását és a felszínből kiszabaduló anyagban a víz nyomainak kimutatását. Az elkövetkezendő évek feladata a holdi víz előfordulási helyeinek, felszíni eloszlásának feltérképezése, a holdi napi hőmérséklet-ingadozástól, illetve a napszél erősségétől való függésének nyomonkövetése lesz. A holdi víz a jövő holdbázisainak víz, illetve a hidrogén pedig az üzemanyag, rakétahajtóanyag utánpótlását szolgálhatja, bár kis mennyisége nagy mennyiségű holdtalaj összegyűjtését feltételezi, ami nem nagy hatásfokú dolog ("többe kerül a leves, mint a hús"). Mindez persze nemzetközi szintű holdi bányászati, űrjogi és űr-környezetkárosítási problémákat, környezetszennyezési kérdéseket is felvet, ami mellett nem lehet szó nélkül elmenni, illetve megfelelő szabályozás nélkül hagyni, szabadjára engedni.
Források:
- NASA Tudományos Hírek (2009. szeptember 24.)
- Science Express (2009. szeptember 24.)
- ScienceNOW Daily News (2009. szeptember 24.)
- Vizet találtak a Holdon (Space.com, 2009. szeptember 23.)
Kapcsolódó internetes oldalak:
- LOLA a Hold déli pólusvidékét fürkészi
- Kedden ér a Holdhoz az új amerikai holdszonda
- Elindult az első indiai "holdhajó"
- Moon Mineralogical Mapper (M3, Chandrayaan-1)
- Deep Impact nagyfelbontású műszere, a HRI (NASA, Deep Impact, UMd)
- Cassini VIMS (NASA/JPL)
- Kutatás a Holdat létrehozó ősi becsapódás törmelékei után
- Mini-radarral kutat vízjég után az indiai holdszonda
- Nincs felszíni vízjég a Hold déli pólusánál?
- Még sincs jég a Holdon?
