L'abondance, la répartition et l'origine des eaux de surface lunaire ont récemment suscité un intérêt scientifique considérable, en raison de leur rôle essentiel dans l'exploration spatiale future.
Une équipe de recherche de l'Institut de géologie et de géophysique de l'Académie chinoise des sciences (IGGCAS) a découvert que des échantillons de sol lunaire rapportés par la mission chinoise Chang'e-6 (collectés sur la face cachée de la Lune) contiennent de fortes concentrations d'OH/H.2O et faibles rapports deutérium/hydrogène (D/H). Ces caractéristiques correspondent à l’eau lunaire provenant du vent solaire, a noté l’équipe.
Comparés aux échantillons de la mission chinoise Chang'e-5 (collectés dans une région similaire de latitude moyenne sur la face lunaire) et des missions Apollo de la NASA (obtenus dans des zones de latitude inférieure), les résultats indiquent que l'eau de surface lunaire a une source mondiale dans le vent solaire et que sa distribution est principalement contrôlée par la latitude et la maturité du régolithe.
L'étude est publiée dans Géosciences naturelles.
L’eau de surface lunaire remplit deux objectifs essentiels : elle aide à retracer les processus de surface lunaire et représente une ressource in situ potentielle pour les futures missions d’exploration lunaire.
Lors des premières observations, le Moon Mineralogy Mapper (M3) à bord de la mission indienne Chandrayaan-1 a utilisé une analyse spectrale infrarouge pour montrer que l'hydroxyle est concentré principalement aux latitudes plus élevées. Les missions de Deep Impact et Cassini de la NASA ont confirmé les caractéristiques d'absorption d'eau aux latitudes inférieures, bien que ces signaux soient plus faibles que ceux des latitudes plus élevées.
Cependant, des analyses quantitatives ultérieures de M global3 les données ont produit des conclusions contradictoires sur la répartition spatiale des eaux de surface lunaire. Les analyses utilisant des méthodes empiriques de correction thermique suggèrent un lien étroit avec la latitude, avec une teneur en eau allant de plusieurs dizaines de parties par million (ppm) aux basses latitudes à environ 750 ppm aux pôles. Les analyses basées sur un modèle de correction thermique basé sur la diffusion de chaleur n'ont révélé aucune variation significative de la teneur en eau sur la surface lunaire.
Cet écart provient en grande partie du manque de modèles précis pour tenir compte des incertitudes liées aux effets des émissions thermiques dans les spectres de réflectance. Pour cette raison, l’équipe a souligné que l’analyse directe en laboratoire des échantillons de sol lunaire restitués reste le moyen le plus fiable de déterminer la véritable abondance et la répartition des eaux de surface lunaire.
Alors que les échantillons d'Apollo et de Luna fournissaient des données directes sur la teneur et l'origine de l'eau lunaire, tous ces échantillons ont été collectés dans des régions de basse latitude situées sur la face visible de la Lune. Les informations sur la face cachée de la Lune étaient auparavant limitées aux observations par télédétection, ce qui laissait des lacunes dans la compréhension de la répartition mondiale et de l'origine des eaux de surface lunaire.
Les missions lunaires de la Chine ont depuis comblé cette lacune. En 2020, la mission Chang'e-5 a renvoyé environ 1 731 grammes de sol lunaire depuis un site de latitude moyenne (43,06°N) dans le bassin Northern Oceanus Procellarum.
Plus récemment, la mission Chang'e-6, marquant le premier retour d'échantillons de la face cachée de la Lune, a ramené environ 1 935,3 grammes de régolithe lunaire d'un site de latitude moyenne (41,63°S) dans le bassin d'Apollo, situé dans le bassin du Pôle Sud-Aitken (SPA).
Ensemble, ces échantillons offrent une opportunité unique d’évaluer la teneur en eau de la surface lunaire et sa distribution aux latitudes basses et moyennes, tout en permettant des comparaisons directes entre la face visible et la face cachée de la Lune.
Dans cette étude, l'équipe a utilisé deux méthodes analytiques pour examiner les échantillons de Chang'e-6. Ils ont utilisé des mesures spectrales pour quantifier l'OH/H en vrac2O contenu du sol. Les résultats ont montré le volume OH/H2La teneur en O était de 183 ± 34 ppm.
Ils ont également utilisé le profilage en profondeur NanoSIMS pour mesurer les abondances d’hydrogène et les rapports D/H à l’échelle des grains. La plupart des bordures de grains présentaient des concentrations élevées d'hydrogène (1 000 à 17 500 ppm) et des valeurs δD extrêmement faibles, jusqu'à −983 ‰ (± 11 ‰), ce qui indique l'origine du vent solaire. (Ici, δD exprime l'écart du rapport D/H d'un échantillon par rapport à une référence standard, exprimé en par mil (‰).)
La teneur en eau des surfaces les plus élevées des grains de sol Chang'e-6 est comparable à celle des échantillons de Chang'e-5 (provenant des latitudes moyennes proches), mais presque le double de celle des échantillons Apollo (provenant de latitudes inférieures). Cela confirme la latitude (qui est étroitement liée à la température) comme contrôle clé de la distribution de l’eau.
Malgré des profils de profondeur de teneur en eau similaires, les échantillons en vrac de Chang'e-6 ont montré un OH/H plus fort2Caractéristiques d'absorption O et maturité du régolithe plus élevée que les échantillons Chang'e-5 utilisant des spectres de réflectance infrarouge. Cela identifie la maturité du régolithe comme un deuxième facteur de contrôle critique.
Sur la base de ces résultats, les chercheurs prédisent que l’eau de surface lunaire est probablement plus abondante dans les régolithes très matures aux latitudes plus élevées. Cette idée a des implications importantes pour la planification des futurs efforts d’utilisation des ressources lunaires.
La recherche a été menée en collaboration avec l'Institut de physique technique CAS de Shanghai, l'Institut de géochimie CAS et l'Académie chinoise des systèmes aérospatiaux et de l'innovation.
