'Watercyclus op de maan' is een uitdrukking die veel mensen - waaronder maanwetenschappers - nooit verwachtten te horen. Deze verrassende nieuwe vondst van alomtegenwoordig water op het oppervlak van de maan, die vorig jaar door drie verschillende ruimtevaartuigen werd onthuld en bevestigd, was een van de belangrijkste onderwerpen van recente discussie en studie door maanonderzoekers. Maar het uitzoeken van de cyclus van hoe water verschijnt en verdwijnt tijdens de maandag, blijft ongrijpbaar. Op dit moment vermoeden wetenschappers een paar verschillende processen die water en hydroxyl (OH) aan het maanoppervlak kunnen afgeven: meteorieten of kometen die de maan raken, uitgassend vanuit het binnenste van de maan, of de zonnewind die in wisselwerking staat met de maanregoliet. Maar tot nu toe klopt geen van de details van een van deze processen.
Dana Hurley van het Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory maakt deel uit van een team van wetenschappers die de maanwatercyclus proberen te modelleren, en ze besprak het werk op het derde jaarlijkse Lunar Forum van het NASA Lunar Science Institute in het Ames Research Center, 20-22 juli 2010 .
"Als we het model maken, gaan we ervan uit dat het water verloren gaat door fotodissociatie, en dat bepaalt dus de tijdschaal", vertelde Hurley aan Space Magazine. "En als we die tijdschaal gebruiken, kan de hoeveelheid die binnenkomt door de zonnewind of micrometeorieten niet optellen tot de hoeveelheid die wordt waargenomen als het zich in een stabiele toestand bevindt, dus iets jivert niet."
Bij fotodissociatie wordt een stof opgesplitst in eenvoudigere componenten door de stralingsenergie van zonlicht.
Het lijkt erop dat de hoeveelheid water in de loop van de maan verandert. Twee waarnemingen per week door een spectrometer op het hergebruikte Deep Impact-ruimtevaartuig (nu EPOXI genoemd) toonden aan dat het gebied dat zich bij zonsopgang bij de terminator van de maan bevond, een detecteerbare hoeveelheid water en hydroxyl had, en een week later, toen het bijna 12 uur was, stoffen waren verdwenen. Maar de nieuwe regio bij zonsopgang had toen H2O en OH.
Een theorie stelt dat het water en hydroxyl gedeeltelijk worden gevormd uit waterstofionen in de zonnewind. Tegen de middag, wanneer de maan het warmst is, gaan er wat water en hydroxyl verloren. Tegen de avond koelt het oppervlak weer af en keren het water en hydroxyl terug.
Maar, zei Hurley, de zonnewind in stabiele toestand reproduceert niet de waargenomen oppervlaktedichtheid van water en hydroxyl.
Bovendien biedt het kijken naar de andere mogelijke bronnen - de bekende bronsnelheid van micrometeoroïden en kometen - ook niet de hoeveelheid waargenomen H20 en OH.
"We zouden heel graag veel meer waarnemingen willen hebben om te begrijpen hoe het in de loop van de dag evolueert," zei Hurley.
In haar toespraak zei Hurley dat haar team heeft geprobeerd om alle mogelijke invalshoeken en ideeën te bekijken, waaronder recente grotere komeethits op de maan, of mogelijk een seizoensgebeurtenis waarbij water dat aan winterpalen is afgezet, kan worden vrijgegeven wanneer het in de zomer opwarmt. Maar tot nu toe zijn geen van deze ideeën getest of gemodelleerd en bieden ze tot nu toe geen oplossing voor de dagelijkse watercyclus die werd waargenomen.
Ze merkte ook op dat aangezien er duidelijk enkele unieke processen gaande zijn, de interactie tussen het oppervlak en de atmosfeer meer onderzoek behoeft.
"Het oppervlak en de atmosfeer zijn gekoppeld", zei Hurley in een interview met Space Magazine. “De atmosfeer wordt geproduceerd vanaf het oppervlak; er is geen atmosfeer die lang op de maan blijft bestaan en wordt voortdurend geproduceerd en verloren. En dus komt het van het oppervlak, ofwel van iets dat afkomstig is van de maanregolietkorrels of iets dat in wisselwerking staat met die korrels, of het nu zonnewind is of iets dat van invloed is. Het oppervlak is dus de bron van de atmosfeer en die atmosfeer komt terug en reageert weer op het oppervlak. En je moet dat hele systeem echt begrijpen. '
Dus, wat is haar beste gok met betrekking tot de bron van het water?
Hurley zei dat er binnen de regoliet een soort van recycling moet plaatsvinden, en misschien een complexe oppervlaktechemie waardoor de H20 en OH gedurende langere tijd kunnen bestaan, wat de oppervlaktedichtheid beter zou kunnen verklaren.
"Waar ik naar heb gekeken, is wat er in de atmosfeer kan gebeuren en hoe de dingen van boven naar beneden hoppen en dan weer naar de oppervlakte", zei ze. 'De maanregoliet is vrij los, en deze kleine deeltjes en gassen kunnen binnen de regoliet naar beneden vallen en binnen enkele centimeters binnenin de baan zijn en naar beneden en weer naar buiten werken. Er is dus een uitwisseling gaande in die bovenste laag die als een soort reservoir fungeert. Dat is mijn beste inschatting van wat er aan de hand is. '
