Erstellung der ersten globalen Karte von Mondwasserstoff

Unter Verwendung von Daten, die vor über zwei Jahrzehnten gesammelt wurden, haben Wissenschaftler des Johns Hopkins Applied Physics Laboratory (APL) in Laurel, Maryland, die erste vollständige Karte des Wasserstoffvorkommens auf der Mondoberfläche erstellt. Die Karte identifiziert zwei Arten von Mondmaterialien, die verstärkten Wasserstoff enthalten, und bestätigt frühere Vorstellungen über Mondwasserstoff und -wasser, einschließlich Erkenntnissen, dass Wasser wahrscheinlich eine Rolle bei der ursprünglichen Magma-Ozean-Bildung und -Verfestigung des Mondes gespielt hat.

David Lawrence, Patrick Peplowski und Jack Wilson von APL verwendeten zusammen mit Rick Elphic vom NASA Ames Research Center orbitale Neutronendaten der Lunar Prospector-Mission, um ihre Karte zu erstellen. Die Sonde, die 1998 von der NASA eingesetzt wurde, umkreiste den Mond anderthalb Jahre lang und schickte die ersten direkten Beweise für verstärkten Wasserstoff an den Mondpolen zurück, bevor sie auf die Mondoberfläche aufprallte.

Wenn ein Stern explodiert, setzt er kosmische Strahlung oder hochenergetische Protonen und Neutronen frei, die sich mit nahezu Lichtgeschwindigkeit durch den Weltraum bewegen. Wenn diese kosmischen Strahlen mit der Oberfläche eines Planeten oder eines Mondes in Kontakt kommen, zerbrechen sie Atome, die sich auf diesen Körpern befinden, und schicken Protonen und Neutronen in die Luft. Wissenschaftler sind in der Lage, ein Element zu identifizieren und zu bestimmen, wo und wie viel davon vorhanden ist, indem sie die Bewegung dieser Protonen und Neutronen untersuchen.

„Stellen Sie sich vor, Sie spielen Billard und die Spielkugel steht für Neutronen und die Billardkugeln für Wasserstoff“, erklärte Lawrence. „Wenn Sie mit Ihrer Spielkugel auf eine Billardkugel schlagen, hört die Spielkugel auf, sich zu bewegen, und die Billardkugel wird in Bewegung versetzt, weil beide Objekte die gleiche Masse haben. Ebenso stirbt ein Neutron, wenn es mit Wasserstoff in Kontakt kommt, und hört auf, sich zu bewegen , und der Wasserstoff wird in Bewegung versetzt. Wenn wir also sehen, dass sich eine geringere Anzahl von Neutronen bewegt, ist dies ein Hinweis darauf, dass Wasserstoff vorhanden ist.

Das Team kalibrierte die Daten, um die Wasserstoffmenge durch die entsprechende Abnahme der Neutronen zu quantifizieren, die vom Neutronenspektrometer gemessen wurde, einem von fünf Instrumenten, die auf Lunar Prospector montiert sind, um Gravitations- und Zusammensetzungskarten des Mondes zu vervollständigen. Die Ergebnisse wurden in der veröffentlicht Zeitschrift für geophysikalische Forschung: Planeten.

„Wir konnten Daten von Mondbodenproben der Apollo-Missionen mit unseren Messungen aus dem Weltraum kombinieren und endlich zum ersten Mal ein vollständiges Bild von Mondwasserstoff erstellen“, fuhr Lawrence fort.

Die Karte des Teams bestätigt erhöhten Wasserstoff in zwei Arten von Mondmaterialien. Die erste, auf dem Aristarchus-Plateau, beherbergt die größte pyroklastische Ablagerung des Mondes. Diese Ablagerungen sind Gesteinsfragmente, die von Vulkanen ausgebrochen sind, was frühere Beobachtungen bestätigt, dass Wasserstoff und/oder Wasser bei magmatischen Mondereignissen eine Rolle spielten. Das zweite sind KREEP-artige Felsen. KREEP ist ein Akronym für Lunar Lava Rock, das für Kalium (K), Seltenerdelemente (REE) und Phosphor (P) steht.

„Als sich der Mond ursprünglich bildete, wird weitgehend angenommen, dass es sich um geschmolzene Trümmer eines gewaltigen Aufpralls auf die Erde handelte“, sagte Lawrence. „Beim Abkühlen bildeten sich Mineralien aus der Schmelze, und KREEP ist vermutlich die letzte Art von Material, das kristallisiert und aushärtet.“

Lawrence, der Teil des ursprünglichen Teams war, das 1998 die ersten Daten der Lunar Prospector-Mission untersuchte, sagte, es brauche Zeit, auf bestehenden Bemühungen aufzubauen, um eine vollständige Karte des nächsten Nachbarn der Erde zu erstellen.

„Die Fertigstellung der Analyse dauerte mehrere Jahre“, sagte Lawrence. „Als wir alles sortierten, begannen wir, Daten zu korrigieren, von denen wir feststellten, dass es sich nicht um Wasserstoff handelte. Wir gingen zurück und verfeinerten frühere Analysen, und zum großen Teil konnten wir dies aufgrund von Entdeckungen aus anderen Missionen tun. Wir bauen kontinuierlich auf Vorkenntnissen auf und betreten Neuland.“

Diese neue Karte vervollständigt nicht nur das Wasserstoffinventar auf dem Mond, sondern könnte auch zu einer Quantifizierung dessen führen, wie viel Wasserstoff und Wasser auf dem Mond vorhanden war, als er geboren wurde. Im Jahr 2013 bestätigten APL-Forscher auch das Vorhandensein von Wassereis an den Polen des Planeten Merkur, indem sie Daten des Neutronenspektrometers auf dem von APL gebauten MESSENGER-Raumschiff verwendeten. Diese Entdeckungen sind nicht nur wichtig für das Verständnis des Sonnensystems, sondern auch für die Planung der zukünftigen menschlichen Erforschung des Sonnensystems.

Bereitgestellt vom Labor für Angewandte Physik der Johns Hopkins University