Les scientifiques ont émis l'hypothèse depuis les années 1960 que le soleil est une source d'ingrédients qui forment de l'eau sur la lune. Lorsqu'un flux de particules chargées connues sous le nom de vent solaire s'écrase dans la surface lunaire, l'idée va, elle déclenche une réaction chimique qui pourrait faire des molécules d'eau.
Maintenant, dans la simulation de laboratoire la plus réaliste de ce processus à ce jour, les chercheurs dirigés par la NASA ont confirmé cette prédiction.
La découverte, les chercheurs ont écrit dans le Journal of Geophysical Research: Planètesa des implications pour les opérations d'astronaute d'Artemis de la NASA au pôle Sud de la Lune. Une ressource critique pour l'exploration, une grande partie de l'eau sur la lune est considérée comme gelée dans des régions ombragées en permanence aux pôles.
« La chose passionnante ici est qu'avec seulement un sol lunaire et un ingrédient de base du soleil, qui crache toujours de l'hydrogène, il est possible de créer de l'eau », a déclaré Li Hsia Yeo, chercheur au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland. « C'est incroyable à penser », a déclaré Yeo, qui a dirigé l'étude.
Le vent solaire coule constamment du soleil. Il est en grande partie de protons, qui sont des noyaux d'atomes d'hydrogène qui ont perdu leurs électrons. Voyageant à plus d'un million de miles par heure, le vent solaire baigne l'ensemble du système solaire. Nous en voyons des preuves sur Terre lorsqu'il allume notre ciel dans la lumière aurorale.
La plupart des particules solaires n'atteignent pas la surface de la Terre car notre planète a un bouclier magnétique et une atmosphère pour les détourner. Mais la lune n'a pas une telle protection. Comme les modèles informatiques et les expériences en laboratoire l'ont montré, lorsque les protons brillent à la surface de la lune, qui est fait d'un matériau poussiéreux et rocheux appelé régolithe, ils entrent en collision avec des électrons et recombine pour former des atomes d'hydrogène.
Ensuite, les atomes d'hydrogène peuvent migrer à travers la surface lunaire et se lier avec les atomes d'oxygène abondants déjà présents dans des minéraux comme la silice pour former des molécules hydroxyles (OH), un composant de l'eau et de l'eau (H2O) molécules elles-mêmes.
Les scientifiques ont trouvé des preuves de molécules hydroxyles et d'eau dans la surface supérieure de la lune, à quelques millimètres de profondeur. Ces molécules laissent derrière eux une sorte d'empreinte chimique – une baisse notable dans une ligne ondulée sur un graphique qui montre comment la lumière interagit avec le régolithe. Avec les outils actuels disponibles, cependant, il est difficile de faire la différence entre l'hydroxyle et l'eau, de sorte que les scientifiques utilisent le terme « eau » pour se référer à un ou à un mélange des deux molécules.
De nombreux chercheurs pensent que le vent solaire est la principale raison pour laquelle les molécules sont là, bien que d'autres sources comme les impacts des micrometeorites puissent également aider en créant la chaleur et en déclenchant des réactions chimiques.
Les mesures des engins spatiaux avaient déjà laissé entendre que le vent solaire est le principal conducteur de l'eau, ou ses composants, à la surface lunaire. Un indice clé, confirmé par l'expérience de l'équipe de Yeo: les changements de signal spectral liés à l'eau de la Lune au cours de la journée.
Dans certaines régions, il est plus fort le matin plus frais et s'estompe lorsque la surface se réchauffe, probablement parce que les molécules d'eau et d'hydrogène se déplacent ou s'échappent vers l'espace. Alors que la surface se refroidit la nuit, le signal culmine à nouveau. Ce cycle quotidien pointe vers une source active – probablement le vent solaire – représentant chaque jour de minuscules quantités d'eau sur la lune.
Pour tester si cela est vrai, Yeo et son collègue, Jason McLain, chercheur à la NASA Goddard, ont construit un appareil personnalisé pour examiner les échantillons lunaires Apollo. Dans une première, l'appareil contenait tous les composants de l'expérience à l'intérieur: un dispositif de faisceau de particules solaires, une chambre sans air qui a simulé l'environnement de la lune et un détecteur de molécule. Leur invention a permis aux chercheurs d'éviter de faire sortir l'échantillon de la chambre – comme d'autres expériences l'ont fait – et l'exposer à la contamination de l'eau dans l'air.
« Il a fallu beaucoup de temps et de nombreuses itérations pour concevoir les composants de l'appareil et les amener à s'adapter à l'intérieur », a déclaré McLain, « mais cela en valait la peine, car une fois que nous avons éliminé toutes les sources possibles de contamination, nous avons appris que cette idée vieille des décennies sur le vent solaire se révèle être vrai. »
En utilisant la poussière de deux échantillons différents repris sur la lune par les astronautes d'Apollo 17 de la NASA en 1972, Yeo et ses collègues ont d'abord fait cuire les échantillons pour éliminer toute éventuelle eau qu'ils auraient pu reprendre entre le stockage étanche à l'air dans le laboratoire de l'échantillon spatial de la NASA au laboratoire de la NASA à Houston et au laboratoire de Goddard. Ensuite, ils ont utilisé un minuscule accélérateur de particules pour bombarder la poussière de vent solaire simulé pendant plusieurs jours – l'équivalent de 80 000 ans sur la lune, sur la base de la dose élevée des particules utilisées.
Ils ont utilisé un détecteur appelé spectromètre pour mesurer la quantité de lumière que les molécules de poussière reflétaient, ce qui a montré comment la composition chimique des échantillons a changé au fil du temps.
En fin de compte, l'équipe a vu une goutte dans le signal lumineux qui a rebondi à son détecteur précisément au point de la région infrarouge du spectre électromagnétique – ne doit pas 3 microns – où l'eau absorbe généralement l'énergie, laissant une signature révélatrice.
Bien qu'ils ne puissent pas dire de manière concluante si leur expérience a fabriqué des molécules d'eau, les chercheurs ont rapporté dans leur étude que la forme et la largeur de la baisse de la ligne ondulée sur leur graphique suggèrent que l'hydroxyle et l'eau ont été produits dans les échantillons lunaires.
