Asteroiden sind die wichtigste Wasserversorgung des Mondes | 2020

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Anonim

Zu Beginn des Weltraumzeitalters, während der Tage des Apollo-Programms, hielten Wissenschaftler den Mond für völlig trocken. In diesen frühesten Stadien der Satellitenentwicklung wurden das Fehlen einer Atmosphäre und der Einfluss der Sonnenstrahlung als ausreichend angesehen, um alle flüchtigen Substanzen in den Weltraum zu verdampfen. In den 1990er Jahren erhielten Wissenschaftler jedoch Daten von der Lunar Prospector-Sonde, die ihr Vertrauen erschütterten: Der Neutronenstrom von der Satellitenoberfläche deutete auf einen größeren Anteil an Wasserstoff im oberflächennahen Boden einiger Regionen des Mondes hin, den man interpretieren konnte als Zeichen der Anwesenheit von Wasser.

Um zu erklären, wie Wasser auf der Mondoberfläche gehalten werden kann, formulierten Wissenschaftler eine Theorie, die als "Kühlfallen" bekannt ist. Die Rotationsachse des Mondes ist nahezu vertikal, weshalb es in den Polarregionen Krater mit Böden gibt, die niemals dem Sonnenlicht ausgesetzt sind. Wenn Kometen, die größtenteils aus Wassereis bestehen, fallen, kann sich verdunstetes Wasser in diese "Fallen" hineinziehen und dort auf unbestimmte Zeit verbleiben, da Sonnenstrahlen es nicht verdampfen.

In den letzten Jahren haben Mondmissionen (die indische Chandrayan-Sonde, die amerikanische LRO, Daten der Cassini-Sonde und Deep Impact) Wissenschaftlern zwei neue Informationen gebracht. Das erste ist, dass der oberflächennahe Boden des Mondes in der Tat beachtliche Mengen an Wasser und Hydroxylgruppen enthält. Das LCROSS-Experiment, bei dem eine Sonde absichtlich auf den Mond prallte und eine Gas- und Staubwolke freigesetzt wurde, die später mit einem Spektrometer untersucht wurde, bestätigte direkt die Existenz von Wasser und anderen flüchtigen Substanzen. Die zweite neue Information kam, als der russische LEND-Apparat an Bord der LRO eine Karte der Wasserverteilung auf der Mondoberfläche erstellte.

Aber dieses zweite Stück hat seine Theorie nur teilweise bewiesen: Die Karte der "Kühlfallen" entsprach nicht der Karte der Wasservorkommen. Die Wissenschaftler mussten die Theorie verfeinern und die Idee der "Mondkongelation" wurde vorgeschlagen. Es wurde akzeptiert, dass das "Überleben" von Wassereis in den sonnenexponierten Regionen unter einer Erddecke möglich ist. Es wurde auch vermutet, dass ein wesentlicher Teil des "Wassers", das von den Sonden gesehen wird, durch Sonnenwind implantiert wird: Wasserstoffatome aus Sonnenwind reagieren mit Sauerstoffatomen und bilden einen instabilen "Tau" aus Wassermolekülen und Hydroxylgruppen. Wissenschaftler ließen die Möglichkeit offen, dass Wasser in einem gebundenen Zustand existieren könnte, d. H. In hydratisierten Mineralien.

Es war immer noch die Frage, wie viel Wasser auf dem Mond aufgetaucht war und wie viel es sein könnte. Gleichzeitig könnte sich in den kommenden Jahren ein anderes Thema als von praktischer Bedeutung erweisen: Wenn bemannte Stationen in naher Zukunft auf dem Mond gebaut werden sollen, sollten wir wissen, mit welchen Ressourcen wir rechnen können, am besten vor Baubeginn .

Vladimir Svettsov und Valery Shuvalov, die den Fall von Kometen und Asteroiden, einschließlich der computergestützten Simulation der Tunguska - Katastrophe sowie des Meteoritenfalls von Tscheljabinsk, untersucht haben, beschlossen, den wahrscheinlichsten Mechanismus für die Wasserversorgung des Mondes und einen ungefähren Mechanismus zu entwickeln Volumen "liefern". Dazu verwendeten sie den von ihnen selbst erstellten SOVA-Algorithmus zur computergestützten Modellierung des Falls kosmischer Körper auf die Mondoberfläche. Jeder Körper hatte seine eigene Geschwindigkeit und seinen eigenen Fallwinkel. Insbesondere am Ausgang zeigte das Modell die Verteilung der Maximaltemperaturen, wenn sich die Masse des fallenden Körpers beim Aufprall erwärmt, sowie seine Dynamik.

Die Wissenschaftler beschlossen zunächst zu prüfen, ob die Kometen die Rolle der wichtigsten "Wasserversorger" erfüllen können. Die typische Geschwindigkeit eines Eiskometen liegt zwischen 20 und 50 km / s. Den Schätzungen zufolge verdampfen bei einer derart hohen Aufprallgeschwindigkeit 95 bis 99,9 Prozent des Wassers im All, ohne dass es wiedergefunden werden kann. Es gibt eine Familie von Kurzzeitkometen, deren Fallgeschwindigkeit mit 8-10 km pro Sekunde viel geringer ist. Solche kurzperiodischen Kometen machen etwa 1,5 Prozent der Mondkrater aus. Nichtsdestotrotz hat die Simulation gezeigt, dass beim Fall dieser kurzzeitigen Kometen fast das gesamte Wasser verdunstet und weniger als 1 Prozent davon am Aufprallpunkt verbleiben.

"Wir sind zu dem Schluss gekommen, dass nur eine sehr kleine Menge Wasser, die mit einem Kometen ankommt, auf dem Mond verbleibt, und haben uns daher entschlossen, die Möglichkeit eines asteroiden Ursprungs von Mondwasser zu untersuchen", sagt Shuvalov.

Die Wissenschaftler haben beschlossen, sich Asteroiden genauer anzuschauen und fanden heraus, dass sie aus zunächst nicht differenzierten Baumaterialien des Sonnensystems bestehen und einen beachtlichen Anteil an Wasser enthalten. Insbesondere Chondritkohlenstoff, die häufigste Art von Asteroiden und Meteoriten, kann bis zu 10 Prozent Wasser enthalten.

Wasser in Chondriten ist jedoch wirksam geschützt: Es befindet sich in einem chemisch gebundenen Zustand und ist in einem Kristallgitter aus Mineralien "blockiert". Wasser tritt nur dann aus, wenn es je nach Art des wasserhaltigen Minerals auf 300 bis 1200 Grad Celsius erhitzt wird. Dies bedeutet, dass es das Potenzial hat, zusammen mit dem Asteroiden im Krater zu bleiben.

Die Simulation hat auch gezeigt, dass bei einer Fallgeschwindigkeit von 14 km / s und einem Fallwinkel von 45 Grad etwa die Hälfte der Asteroidenmasse niemals die Schmelztemperatur erreicht und im festen Zustand bleibt. Ein Drittel aller Asteroiden, die auf den Mond fallen, haben eine Geschwindigkeit von weniger als 14 km pro Sekunde kurz vor dem Aufprall. In diesem Fall verbleibt der größte Teil des umgefallenen Körpers im Krater: 30 bis 40 Prozent verbleiben nach einem Schrägaufprall und 60 bis 70 Prozent nach einem vertikalen Aufprall.

"Wir sind zu dem Schluss gekommen, dass der Fall von Asteroiden, die Wasser enthalten," Ablagerungen "von chemisch gebundenem Wasser in einigen Mondkratern erzeugen könnte", sagt Shuvalov. "Der Sturz eines zwei Kilometer großen Asteroiden mit einem relativ hohen Anteil an hydratisierten Mineralien könnte mehr Wasser auf den Mond bringen als alle Kometen, die über Milliarden von Jahren gefallen sind", fügt er hinzu.

Berechnungen zeigen, dass etwa 2 bis 4,5 Prozent der Mondkrater erhebliche Mengen an Wasser in Form von Mineralhydraten enthalten können. Sie sind stabil genug, um auch in sonnenexponierten Bereichen Wasser aufzunehmen.

"Das ist sehr wichtig, weil die polaren Kühlfallen keine besonders günstigen Bereiche für den Bau von Mondbasen sind. Es gibt eine geringe Menge an Sonnenenergie und es ist schwierig, die Funkkommunikation zu organisieren, und schließlich gibt es dramatisch niedrige Temperaturen. Die Möglichkeit." Die Gewinnung von Mondwasser in sonnenexponierten Regionen könnte die Erforschung von Satelliten erheblich erleichtern ", schloss der Wissenschaftler.