Trzęsienia Księżyca pomogą w poszukiwaniu lodu

Naukowcy z University of Maryland z kolegami z innych ośrodków twierdzą, że fale sejsmiczne pomogą w poszukiwaniach lodu ukrytego pod księżycowym regolitem.

To szczególnie ważne w czasie, gdy z rozmachem realizowany jest projekt Artemis. Już w 2028 roku, w jego ramach, na południowym biegunie Księżyca mogą wylądować ludzie. Ukryty w głębokich, zacienionych kraterach polarnych lód jest uważany za jeden z najcenniejszych zasobów, jakie może znaleźć astronauta. Może bowiem posłużyć jako źródło wody pitnej, tlenu do oddychania oraz wodoru wykorzystywanego jako paliwo.

„Zidentyfikowanie na Księżycu wszelkich materiałów, które astronauci mogliby wykorzystać podczas pobytu na jego powierzchni, ma kluczowe znaczenie. Ponieważ będą oni mieli do dyspozycji jedynie ograniczone zasoby przywiezione z Ziemi, wszystko, co znajdą na Księżycu, może być im przydatne, zwłaszcza podczas dłuższych misji lub pobytu w stałych placówkach” – mówi prof. Nicholas Schmerr z Maryland University, współautor publikacji, która ukazała się w piśmie „Science Advances”.

Ponadto badania lodu będą wyjątkowo cenne z naukowego punktu widzenia. Zalegający w zacienionych kraterach lód może pozostawać niemal w niezmienionym stanie przez bardzo długi czas. Ponieważ same skały księżycowe mają około czterech miliardów lat, analizy lodu mogą ujawnić, w jaki sposób woda trafiła do młodego Układu Słonecznego.

„Księżyc był świadkiem jednych z najważniejszych etapów wczesnej historii Układu Słonecznego, w tym procesu dostarczania wody. Badanie zgromadzonego tam lodu może ujawnić, w jaki sposób woda rozprzestrzeniała się w Układzie Słonecznym i jak ostatecznie powstały ziemskie oceany” – tłumaczy prof. Schmerr.

Naukowcy wyjaśniają, że obecnie nie wiadomo dokładnie, ile lodu kryje się na Księżycu. Satelity mogą co prawda badać jego powierzchnię, ale nie zaglądają głęboko pod regolit. Tymczasem – przypominają eksperci – znaczące pokłady lodu mogą kryć się właśnie tam.

Badacze chcą wykorzystać fakt, że zamarznięta, zawierająca lód gleba inaczej przewodzi fale sejsmiczne niż gleba sucha – lód glebę utwardza, przez co fale poruszają się aż trzy razy szybciej. Ponadto bogate w lód obszary mogą powodować odbijanie się fal, podobnie jak ściany odbijają dźwięk.

Zdaniem ekspertów to wszystko oznacza, że odpowiednio ustawione sejsmometry mogą wykryć złoża księżycowego lodu. „Za pomocą fal sejsmicznych możemy nie tylko sprawdzić, czy lód jest obecny, ale także w przybliżeniu określić jego ilość” – podkreśla prof. Schmerr.

Swoje założenia badacze przetestowali na Ziemi. W jednym z eksperymentów zamrozili pochodzącą z Arizony skałę wulkaniczną, która po rozdrobnieniu doskonale imituje pył księżycowy. Z pomocą promieniowania rentgenowskiego zbadali, w jaki sposób lód gromadzi się w niewielkich przestrzeniach między ziarnami tego materiału.

Jednocześnie opracowano szczegółowe mapy temperatury południowego regionu polarnego Księżyca, wskazując kratery, które pozostawały wystarczająco zimne, by zachować lód przez miliardy lat. Następnie przeprowadzono symulacje komputerowe niewielkich trzęsień Księżyca, których fale rozchodziły się przez podłoże i oddziaływały z podpowierzchniowym lodem.

W każdej symulacji lód pozostawiał w danych sejsmicznych wyraźne i mierzalne ślady. Przedstawione w nowej pracy teorie badacze będą mogli niedługo zweryfikować.

Chińska sonda Chang’e-7, która pod koniec roku ma wylądować w pobliżu krateru Shackletona, zawiezie na Księżyc m.in. sejsmometr. Uważa się, że w pobliżu tego krateru znajdują się liczne złoża lodu. Istnieje też szansa, że już w 2028 roku astronauci, w ramach programu Artemis, uruchomią na Księżycu Lunar Environmental Monitoring Station. To stacja badawcza, którą pomógł opracować prof. Schmerr.

Jej czujniki będą przez całą dobę rejestrować drgania gruntu wywołane trzęsieniami Księżyca i uderzeniami meteoroidów.

„Nasze wyniki przygotowują grunt pod obserwacje, które zostaną przeprowadzone w ciągu najbliższych kilku lat. Nikt dotąd nie dokonał bezpośrednich pomiarów lodu na Księżycu, ale teraz wiemy, jakich sygnałów należy szukać. To ważny pierwszy krok” – podsumowuje prof. Schmerr.

Marek Matacz (PAP)