Wie man Mondwasser herstellt: Fügen Sie Sonnenwind, winzige Meteoriten und dann Wärme hinzu

Wasser und seine chemischen Vorläufer spritzen aus Mineralien auf dem Mond

Wasser und seine chemischen Vorläufer spritzen nach einem Mikrometeoriteneinschlag aus Mineralien auf der Mondoberfläche. Forscher haben diesen Prozess im Labor unter Berücksichtigung des Einflusses des Sonnenwinds vertieft. (Bildnachweis: Moleküle und Daten mit freundlicher Genehmigung von Cheng Zhu und Ralf I. Kaiser; Hintergrundbild mit freundlicher Genehmigung von NASA/Goddard/Conceptual Image Lab.)





Seit zwei Jahrzehnten rätseln Wissenschaftler über das Vorhandensein von Wassereis auf dem Mond; jetzt denken sie, sie könnten wissen, wie es dorthin gekommen ist.

Eine neue Studie legt nahe, dass Sonnenwind und Mikrometeoriten, die auf die Mondoberfläche drücken, mit Mineralien reagieren und zur Bildung von Wasser führen. Forscher der University of Hawaii in Manoa simulierten diese Interaktion im Labor und fanden heraus, dass ihre Proxy-Mondgesteine ​​mit Wasser gefüllte 'Gruben' bildeten, die aufplatzten, wenn der Druck im Inneren zu groß wurde. Das neu gebildete Wasser spritzte als Gas heraus und ähnelte dem plötzlich aus einem Schnellkochtopf entweichenden Dampf.

„Ich war überrascht, wie es aussah; Das war der größte Schock für mich“, sagte der Koautor der Studie Jeffrey Gillis-Davis, ein Planetenwissenschaftler an der University of Hawaii in Manoa in Honolulu, gegenüber guesswhozoo.com. 'In meinem Kopf dachte ich, es könnte auslaufen und nicht so katastrophal aus dem Mineral platzen.'



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Obwohl Gesteine, die von den Apollo-Astronauten zur Erde gebracht wurden, als knochentrocken galten, haben Wissenschaftler seitdem Beweise für Wasser gefunden auf der ganzen Mondoberfläche . Die Herkunft des Wassers blieb ein Rätsel; einige theoretisierten, dass es von Kometen geliefert wurde, während andere behaupteten, es könnte von alten Vulkanen ausgeblasen worden sein. Kürzlich schlugen Wissenschaftler vor, dass die Sonnenwind – Ströme geladener Teilchen, die von der Sonne ausgehen – könnten mit dem in Mondstaub und Gesteinen enthaltenen Sauerstoff reagieren, um Wasser zu erzeugen.

Aber bis jetzt sind Laborexperimente, die diese Theorie testen, trocken geblieben. In den Studien fehlte eine Schlüsselzutat: ein intensiver Hitzestoß, wie er durch einen Mikrometeoriteneinschlag verursacht wird.



'Mikrometeoriteneinschläge erhitzen die Probe', sagt Studienleiter Ralf Kaiser, Direktor des W.M. Das Keck-Forschungslabor für Astrochemie an der University of Hawaii in Manoa teilte guesswhozoo.com in einer E-Mail mit. 'Diese Erwärmung führt zur Bildung von Wasser aus Vorläufern und der anschließenden Freisetzung.'

Kaiser und seine Mitarbeiter beobachteten, wie sich diese chemische Reaktion entfaltete, indem sie einen gemeinsamen Ersatz für Mondmaterial, das Mineral Olivin, in einer zylindrischen Kammer platzierten, die verwendet wurde, um die Tiefdruckumgebung des Mondes nachzubilden. Durch eine Öffnung in der Kammer schlugen die Forscher das Mineral mit einem Strahl 'schwerer Wasserstoffionen' ein. Schwere Wasserstoffionen ähneln den normalen Wasserstoffionen, die im Sonnenwind vorkommen, aber jedes Teilchen hat ein zusätzliches Neutron, das es den Forschern ermöglicht, sicherzustellen, dass ihre Experimente nicht bereits im Labor mit Wasser verunreinigt wurden. Die Wissenschaftler zapften das Mineral dann mit einem Laser, um eine Flut von Mikrometeoriten nachzuahmen, und erhöhten seine Temperatur schnell auf über 1.000 Kelvin (über 1300 Grad Fahrenheit oder 700 Grad Celsius).

Tatsächlich sprühte das Olivin, nachdem es sowohl dem Ionenstrahl als auch dem Laserfeuer standgehalten hatte, nachweisbare Mengen an „schwerem Wasser“ aus – Wasser, das mit „schwerem Wasserstoff“ hergestellt wurde. Das Material hielt die Ionen so lange fest, bis ein plötzlicher Hitzeschub die Reaktion ablaufen ließ. Bildgebende Analysen ergaben, dass eine Schicht der Probe 'in der Textur wie ein englischer Muffin geworden war, voller Ecken und Kanten', sagte Gillis-Davis und markierte die Stelle, an der sich die Flüssigkeit gebildet hatte.



Isoliert angewendet, konnte weder der Ionenstrahl noch der Laser dem trockenen Mineral Wasser entreißen.

„Die Methode, die dieses Team verwendete … kombiniert physikalische und chemische Prozesse, die in der Mondumgebung auftreten, aber in einer Laborumgebung sehr schwer nachzuvollziehen sind, geschweige denn in einem einzigen Experiment zu verschmelzen“, sagte Mehdi Benna, ein Planetenwissenschaftler bei der NASA Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, der nicht an der Studie beteiligt war. 'Die Ergebnisse dieser Studie bestätigen die seit langem vertretene Überzeugung, dass die Synergie zwischen solarer Protonenimplementierung und Mikrometeoroid-Einschlag einen wichtigen Weg für die Wassersynthese im Regolith bietet', sagte er in einer E-Mail gegenüber guesswhozoo.com.

Benna leitete eine im April dieses Jahres veröffentlichte NASA-Studie, die zu dem Schluss kam, dass Wasser tatsächlich von der Mondoberfläche sprüht, wenn der Mond von Meteoritenströmen getroffen wird. Das Papier der Universität von Hawaii, heute veröffentlicht (20. Mai) in der Zeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences , könnte neue Erkenntnisse darüber liefern, was diese Wasserstöße von der staubigen Mondoberfläche antreibt und ob ähnliche Reaktionen auf Merkur, Asteroiden und anderen luftleeren Körpern im gesamten Sonnensystem stattfinden.

Anmerkung des Herausgebers: Dieser Artikel wurde aktualisiert, um zu berücksichtigen, dass eine ähnliche Reaktion auf Merkur wahrscheinlicher als auf dem Mars stattfindet.

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