NASA komt met groot nieuws – er is veel water op de Maan

Maankrater Clavius
De maankrater Clavius. Door H. Raab , Johannes-Kepler-Observatory, Linz, Austria Eigen werk, CC BY-SA 3.0, Koppeling

NASA had afgelopen week al groot nieuws aangekondigd over de Maan en zoal velen al hadden gesuggereerd zou het wel eens te maken hebben met bevroren water aan het oppervlak van de Maan. Uit nieuw onderzoek blijkt nu dat inderdaad dat de Maan bezaaid is met waterijs en dat is inclusief plekken die zijn blootgesteld aan direct zonlicht en in kleine holtes die zich permanent in de schaduw bevinden.

In twee artikelen die vandaag in Nature Astronomy zijn gepubliceerd wordt beschreven wat we over de Maan weten en over het vermogen van de Maan om een voor ons zeer belangrijke grondstof, namelijk water, vast te houden. Wetenschappers hebben er al lang over gespeculeerd dat er bevroren water voorkomt op de Maan en dan in het bijzonder aan de polen maar nieuw onderzoek levert nu het meest onomstotelijke bewijs en het nieuwe onderzoek identificeert daarnaast zogenaamde koudevallen waarin waterijs zich kan ophouden.

Dat er significante hoeveelheden water voorkomt op de Maan is uit wetenschappelijk oogpunt interessant maar het is ook belangrijk voor de manier waarop toekomstige missies naar de Maan zullen gaan plaatsvinden. Een belangrijk doel voor de aankomende Artemis-missies van de NASA zal het verzamelen en bestuderen van waterijs aan de zuidpool van de Maan zijn en dat doel lijkt nu haalbaarder dan ooit. Dat is uiteraard goed nieuws voor toekomstige maanwandelaars en kolonisten.

De waarnemingen van heldere plekken aan de zuidpool wezen al op deze mogelijkheid. Gegevens die door de NASA-radar aan boord van de Indiase Chandrayaan-1 missie waren verzameld onthulden tientallen kleine kraters die gevuld leken te zijn met waterijs.

Maar ondanks deze andere opwindende ontdekkingen bleef het eigenlijke bewijs voor de aanwezigheid van watermoleculen op de Maan beperkt tot waarnemingen op een golflengte van 3 µm (micrometer). En dat is een probleem want op die golflengte kan er geen onderscheid gemaakt worden tussen water en hydroxylmoleculen gebonden in mineralen (Hydroxyl is OH, een zuurstof gebonden aan een waterstof).

koudevallen op de Maan.
Voorbeelden van koudevallen op de Maan. Credit: NASA

Om deze beperking te omzeilen deden astronomen nieuwe waarnemingen van het oppervlak van de Maan met behulp van de vliegende sterrenwacht SOFIA (Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy) van de NASA. Dit is een aangepaste Boeing 747 die hoog in de atmosfeer kan vliegen en die is uitgerust met een flinke telescoop. Met behulp van SOFIA konden de onderzoekers spectraal water op een golflengte van 6 µm aantonen. Op deze golflengte is er geen storing van andere hydroxylgroepen. Het signaal van water werd op hoge zuidelijke breedtegraden waargenomen in hoeveelheden die variëren tussen 100 en 400 ppm (deeltjes per miljoen). Die hoeveelheid is te vergelijken met een fles water van ± 350 milliliter verdeelt in een kubieke meter aarde dun uitgespreid over het oppervlak van de Maan.

Dit water werd zelfs waargenomen in gebieden die zijn blootgesteld aan direct zonlicht. Volgens de onderzoekers kan dit water zich in kleine glasachtige bolletjes bevinden verspreidt over het oppervlak van de Maan of ingeklemd tussen stofdeeltjes die het water afschermen van de straling van de Zon.

Volgens de onderzoekers is de nu gedane waarneming de eerste “volwaardige” detectie van watermoleculen op het oppervlak van de Maan, dit in tegenstelling tot de eerdere waargenomen signalen op een golflengte van 3 µm die men zou kunnen verwarren met hydroxideverbindingen.

Hydroxide kan ontstaan doordat protonen uit de zonnewind botsen met zuurstof op de Maan zoals die bijvoorbeeld aanwezig is in gesteente. Water kan zich op die manier veel moeilijker vormen dus het is vermoedelijk ontstaan door andere processen zoals oude maanvulkanen of door inslagen van objecten zoals asteroïden of kometen. Om de volledige omvang van de hoeveelheid water op de Maan te leren kennen zijn meer waarnemingen op een golflengte van 6 µm nodig.

De waarnemingen van de onderzoekers beperken zich inderdaad tot de gigantische krater Clavius. Deze bevond zich op het zuidelijk halfrond van de Maan en wordt vol door de Zon beschenen. Toekomstige waarnemingen zijn nodig om te weten of er in andere door zonlicht beschenen gebieden op de Maan vergelijkbare hoeveelheden water bevatten. Uiteindelijk zou NASA een soort van hydrologische kaart van de Maan kunnen maken die de verdeling van de hoeveelheden water op de Maan weergeeft.

Het lijkt erop dat het water gevangen zit in glasachtige structuren in plaats van dat ze vrij voorkomen aan het oppervlak dus het is mogelijk dat ze overal op de Maan voorkomen in niet alleen in de ultra-koude polaire gebieden. Vrije watermoleculen moeten worden afgekoeld tot ongeveer -163°C om er voor te zorgen dat ze langere tijd aanwezig blijven en die omstandigheden komen alleen voor in zogenaamde koudevallen.

Tijdens de persconferentie vandaag gaven onderzoekers van de NASA aan dat ze moeten onderzoeken hoe stabiel dit water is en hoeveel er mogelijk in de loop van de tijd is verdwenen. Deze bevindingen roepen namelijk vragen op over hoe dit water is ontstaan en hoe het aanwezig kan blijven aan het oppervlak van de Maan. Daarnaast willen de onderzoekers weten of astronauten dit water kunnen gebruiken en hoe dit water de chemische samenstelling van het maanstof kan beïnvloeden en of het een invloed kan hebben op de uitrusting van astronauten zoals bijvoorbeeld boren.

Naast dat water mogelijk in glasachtige structuren zit of wordt afgeschermd door stof omvatten de onthullingen van vandaag ook de mogelijkheid dat bevroren water zich verspreid bevindt in kleine schuilplaatsen op de Maan. In het tweede artikel dat vandaag in Nature Astronomy verscheen rapporteren onderzoekers dat verborgen bevroren waterpartijen vaker voorkomen op de Maan dan eerder werd vermoed. Bekend als “koudevallen” zijn dit speciale plekken op het oppervlak die voortdurend in duisternis zijn gehuld waardoor het mogelijk is dat waterijs over langere tijd wordt bewaard.

Stel je voor dat je op de Maan staat, ergens in de buurt van de polen dan zie je overal schaduwen om je heen. In veel van die kleine schaduwen zou zich water op kunnen houden. Nemen we als voorbeeld de Shackleton krater. Dit is een krater met een doorsnede van 21 kilometer en een diepte van enkele kilometers. Delen van deze krater zijn zo gekromd dat de binnenste delen zich altijd in de schaduw bevinden en daar heersen stabiele temperaturen van ongeveer -185 °C.

Met behulp van de Lunar Reconnaissance Orbiter van de NASA hebben onderzoekers een grote variatie van mogelijke koudevallen onderzocht waarvan er sommigen niet groter zijn dan een euro. Het klinkt ongelooflijk maar sommige van die koudevallen zijn al miljarden jaren gehuld in duisternis.

Aan de poolgebieden komen relatief veel van die kleine koudevallen voor die in totaal een oppervlak van ongeveer 40.000 kilometer beslaan. Ongeveer 60% van die koudevallen bevinden zich in de buurt van de zuidelijke poolgebieden. Eerder onderzoek suggereerde een grootte van ongeveer 18.000 vierkante kilometer maar dat is dus nu fors naar boven bijgesteld.

Volgens deze onderzoekers suggereren deze resultaten dat water dat zich aan de polen van de Maan bevindt veel breder is verspreid en toegankelijker kan zijn als een bron van water voor toekomstige missies dan eerder werd gedacht.

Belangrijk is om aan te geven dat deze plekken in staat zijn om water op te slaan. De onderzoekers leveren geen bewijs dat er zich daadwerkelijk waterijs in deze donkere plekken bevindt.

Potentieel water in deze koude vallen zal afkomstig zijn van bronnen als kometen, asteroïden, maanvulkanen of chemische reacties veroorzaakt door de zonnewind. Maar ze zouden ook afkomstig zijn van watermoleculen die zijn vrijgekomen uit glasachtige structuren. Deze glasachtige structuren ontstaan tijdens inslagen waarbij de temperatuur erg hoog oploopt.

De beide artikelen suggereren dat de Maan een betere plek is om water te bewaren dan we voorheen hadden aangenomen. Dit heeft natuurlijk een grote impact op missies naar de Maan van bijvoorbeeld maanverkenners die deze waterbronnen lokaal kunnen aanstaan. Transport van water naar de Maan is een kostbare aangelegenheid. Het ijs kan worden gebruikt om er drinkwater van te maken maar het kan ook als raketbrandstof worden ingezet (Je kan het splitsen in waterstof en zuurstof en die twee kunnen weer dienen als raketbrandstof). Als er winbaar water op de Maan is dan maakt dat de verkenning van de Maan een heel stuk goedkoper.

NASA wil met het Artemis-programma in 20124 een man en een vrouw naar de Maan brengen met als opdracht daar op zoek te gaan naar water. De kans dat dit doel wordt bereikt is met deze bevindingen een heel stuk groter geworden.

Artikelen:

Downloads (pdf):

Eerste publicatie: 26 oktober 2020
Bron: NASA