20e siècleModifier
Programme Apollo
La possibilité de glace dans les étages des cratères lunaires polaires a été suggérée pour la première fois en 1961 par les chercheurs de Caltech Kenneth Watson, Bruce C. Murray et Harrison Brown. Bien que des traces d’eau aient été trouvées dans des échantillons de roche lunaire collectés par les astronautes d’Apollo, cela a été supposé être le résultat d’une contamination, et la majorité de la surface lunaire a généralement été supposée être complètement sèche. Cependant, une étude de 2008 sur des échantillons de roches lunaires a révélé des preuves de molécules d’eau piégées dans des perles de verre volcaniques.,
La première preuve directe de vapeur d’eau près de la Lune a été obtenue par l’expérience Apollo 14 ALSEP Suprathermal Ion Detector, SIDE, le 7 mars 1971. Une série d’éclats d’ions de vapeur d’eau ont été observés par le spectromètre de masse de l’instrument à la surface lunaire près du site d’atterrissage d’Apollo 14.
Luna 24
En février 1978, les scientifiques soviétiques M. Akhmanova, B. Dement’ev et M. Markov de l’Institut Vernadsky de Géochimie et de Chimie analytique ont publié un article revendiquant une détection de l’eau de manière assez définitive., Leur étude a montré que les échantillons renvoyés sur Terre par la sonde soviétique Luna 24 de 1976 contenaient environ 0,1% d’eau en masse, comme on le voit en spectroscopie d’absorption infrarouge (à une longueur d’onde d’environ 3 µm (0,00012 in)), à un niveau de détection environ 10 fois supérieur au seuil.
Clementine
Image composite de la région polaire sud de la Lune, capturée par la sonde Clementine de la NASA sur deux jours lunaires. Des zones d’ombre permanente pourraient abriter de la glace d’eau.,
Une preuve proposée de glace d’eau sur la Lune est venue en 1994 de la sonde militaire américaine Clementine. Dans une enquête connue sous le nom d ‘ »expérience radar bistatique », Clementine a utilisé son émetteur pour émettre des ondes radio dans les régions sombres du pôle sud de la Lune. Les échos de ces ondes ont été détectés par les grandes antennes paraboliques du Deep Space Network sur Terre. L’ampleur et la polarisation de ces échos étaient compatibles avec une surface glacée plutôt que rocheuse, mais les résultats n’étaient pas concluants et leur signification a été remise en question., Des mesures radar basées sur la Terre ont été utilisées pour identifier les zones d’ombre permanente et donc susceptibles d’abriter de la glace lunaire: les estimations de l’étendue totale des zones d’ombre poleward de 87,5 degrés de latitude sont de 1 030 et 2 550 kilomètres carrés (400 et 980 milles carrés) pour les pôles nord et sud, respectivement. Des simulations informatiques ultérieures englobant un terrain supplémentaire ont suggéré qu’une zone allant jusqu’à 14 000 kilomètres carrés (5 400 milles carrés) pourrait être en ombre permanente.,
Lunar Prospector
La sonde Lunar Prospector, lancée en 1998, a utilisé un spectromètre à neutrons pour mesurer la quantité d’hydrogène dans le régolithe lunaire près des régions polaires. Il a pu déterminer l’abondance et l’emplacement de l’hydrogène à moins de 50 parties par million et a détecté des concentrations accrues d’hydrogène aux pôles nord et sud lunaires. Ils ont été interprétés comme indiquant des quantités importantes de glace d’eau piégée dans des cratères ombragés en permanence, mais pourraient également être dus à la présence du radical hydroxyle (•OH) lié chimiquement aux minéraux., Sur la base des données de Clementine et Lunar Prospector, les scientifiques de la NASA ont estimé que, si de la glace d’eau de surface est présente, la quantité totale pourrait être de l’ordre de 1-3 kilomètres cubes (0.24–0.72 cu mi). En juillet 1999, à la fin de sa mission, la sonde Lunar Prospector s’est délibérément écrasée dans le cratère Shoemaker, près du pôle sud de la Lune, dans l’espoir que des quantités d’eau détectables seraient libérées. Cependant, les observations spectroscopiques des télescopes au sol n’ont pas révélé la signature spectrale de l’eau.,
Cassini–Huygens
D’autres soupçons sur l’existence d’eau sur la Lune ont été générés par des données non concluantes produites par la mission Cassini–Huygens, qui a passé la Lune en 1999.
21ème siècleModifier
Deep Impact
En 2005, les observations de la Lune par la sonde Deep Impact ont produit des données spectroscopiques non concluantes suggérant de l’eau sur la Lune. En 2006, des observations avec le radar planétaire d’Arecibo ont montré que certains des retours du radar Clementine proche de la polaire, précédemment prétendus être indicatifs de glace, pourraient plutôt être associés à des roches éjectées de jeunes cratères., Si cela est vrai, cela indiquerait que les résultats de neutrons de Lunar Prospector provenaient principalement d’hydrogène sous des formes autres que la glace, telles que des molécules d’hydrogène piégées ou des matières organiques. Néanmoins, l’interprétation des données d’Arecibo n’exclut pas la possibilité de glace d’eau dans les cratères ombragés en permanence. En juin 2009, le vaisseau spatial Deep Impact de la NASA, désormais rebaptisé EPOXI, a effectué de nouvelles mesures confirmatives de l’hydrogène lié lors d’un autre survol lunaire.,
Kaguya
Dans le cadre de son programme de cartographie lunaire, la sonde japonaise Kaguya, lancée en septembre 2007 pour une mission de 19 mois, a effectué des observations par spectrométrie gamma depuis l’orbite permettant de mesurer l’abondance de divers éléments à la surface de la Lune. Les capteurs d’imagerie haute résolution de la sonde japonaise Kaguya n’ont détecté aucun signe de glace d’eau dans des cratères ombragés en permanence autour du pôle sud de la Lune, et elle a terminé sa mission en s’écrasant sur la surface lunaire afin d’étudier le contenu du panache d’éjecta.,
Chang’e 1
L’orbiteur Chang’e 1 de la République populaire de Chine, lancé en octobre 2007, a pris les premières photographies détaillées de certaines zones polaires où de l’eau glacée est susceptible d’être trouvée.
Chandrayaan-1
Preuve directe de l’eau lunaire dans l’atmosphère lunaire obtenue par le profil de sortie de la Composition altitudinale (CHACE) de Chandrayaan-1
Image de la Lune prise par le Mappeur de minéralogie Lunaire., Le bleu montre la signature spectrale de l’hydroxyde, le vert montre la luminosité de la surface mesurée par le rayonnement infrarouge réfléchi du Soleil et le rouge montre un minéral appelé pyroxène.
Le 14 novembre 2008, la sonde indienne ISRO Chandrayaan-1 a libéré la sonde d’impact lunaire (MIP) qui a touché le cratère Shackleton, du pôle sud lunaire, à 20h31, libérant des débris souterrains qui ont été analysés pour la présence de glace d’eau., Au cours de sa descente de 25 minutes, le Chandra Altitudinal Composition Explorer (CHACE) de la sonde d’impact a enregistré des preuves d’eau dans 650 spectres de masse rassemblés dans la mince atmosphère au-dessus de la surface de la Lune et des raies d’absorption d’hydroxyle dans la lumière solaire réfléchie.
Le 25 septembre 2009, la NASA a déclaré que les données envoyées par son M3 confirmaient l’existence d’hydrogène sur de vastes zones de la surface de la Lune, bien qu’en faibles concentrations et sous forme de groupe hydroxyle ( · OH) lié chimiquement au sol. Cela confirme les preuves antérieures des spectromètres à bord des sondes Deep Impact et Cassini., Sur la Lune, la caractéristique est considérée comme une absorption largement distribuée qui apparaît plus forte aux hautes latitudes plus froides et à plusieurs cratères feldspathiques frais. L’absence générale de corrélation de cette caractéristique dans les données M3 éclairées par le soleil avec les données d’abondance H du spectromètre à neutrons suggère que la formation et la rétention d’OH et de H2O sont un processus superficiel continu. Les procédés de production d’OH/H2O peuvent alimenter les pièges froids polaires et faire du régolithe lunaire une source potentielle de volatiles pour l’exploration humaine.,
Bien que les résultats de M3 correspondent aux découvertes récentes d’autres instruments de la NASA à bord de Chandrayaan-1, les molécules d’eau découvertes dans les régions polaires de la Lune ne correspondent pas à la présence de dépôts épais de glace d’eau presque pure à quelques mètres de la surface lunaire, mais cela n’exclut pas la présence de petits (< pieces 10 cm (3.9 in)) morceaux de glace discrets mélangés au régolithe. Une analyse supplémentaire avec M3 publiée en 2018 avait fourni des preuves plus directes de la glace d’eau près de la surface à moins de 20° de latitude des deux pôles., En plus d’observer la lumière réfléchie depuis la surface, les scientifiques ont utilisé les capacités d’absorption de M3 dans le proche infrarouge dans les zones d’ombre permanente des régions polaires pour trouver des spectres d’absorption compatibles avec la glace. Dans la région du pôle nord, la glace d’eau est dispersée en plaques, alors qu’elle est plus concentrée en un seul corps autour du pôle sud. Parce que ces régions polaires ne connaissent pas les températures élevées (supérieures à 373 Kelvins), on a postulé que les pôles agissent comme des pièges froids où l’eau vaporisée est collectée sur la Lune.,
En mars 2010, il a été rapporté que le Mini-SAR à bord de Chandrayaan-1 avait découvert plus de 40 cratères obscurcis en permanence près du pôle nord de la Lune qui, selon l’hypothèse, contiendraient environ 600 millions de tonnes métriques de glace d’eau. La RCR élevée du radar n’est pas un diagnostic unique de rugosité ou de glace; l’équipe scientifique doit tenir compte de l’environnement des occurrences du signal RCR élevé pour en interpréter la cause. La glace doit être relativement pure et d’au moins quelques mètres d’épaisseur pour donner cette signature., La quantité estimée de glace d’eau potentiellement présente est comparable à la quantité estimée à partir des données neutroniques de la mission précédente de Lunar Prospector. Lunar Reconnaissance Orbiter / Lunar Crater Observation and Sensing Satellite
Vidéo générée à partir d’images Lunar Reconnaissance Orbiter de la NASA montrant des zones d’ombre permanente. Les ombres réalistes évoluent pendant plusieurs mois.,
Le 9 octobre 2009, l’étage supérieur Centaur de sa fusée porte-avions Atlas V a été dirigé vers le cratère Cabeus à 11:31 UTC, suivi de peu par le satellite LCROSS (Lunar Crater Observation and Sensing Satellite) de la NASA qui a survolé le panache d’éjecta.LCROSS a détecté une quantité importante de groupe hydroxyle dans le matériau projeté d’un cratère polaire sud par un impacteur; cela peut être attribué à des matériaux contenant de l’eau-ce qui semble être de la « glace d’eau cristalline presque pure » mélangée dans le régolithe., Ce qui a été effectivement détecté était le groupe chimique hydroxyle (*OH), qui est soupçonné d’être de l’eau, mais pourrait également être hydrates, qui sont des sels inorganiques contenant des molécules d’eau liées chimiquement. La nature, la concentration et la distribution de ce matériau nécessitent une analyse plus approfondie; le scientifique en chef de la mission, Anthony Colaprete, a déclaré que les éjectas semblent inclure une gamme de particules fines de glace d’eau cristalline presque pure. Une analyse définitive ultérieure a révélé que la concentration d’eau était de « 5,6 ± 2,9% en masse ».,
L’instrument Mini-RF à bord du Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) a observé le panache de débris provenant de l’impact de l’orbiteur LCROSS, et il a été conclu que la glace d’eau devait être sous la forme de petits (< ~10 cm), de morceaux de glace discrets répartis dans tout le régolithe, ou Ceci, couplé à des observations radar monostatiques, suggère que la glace d’eau présente dans les régions ombragées en permanence des cratères polaires lunaires est peu susceptible d’être présente sous la forme de dépôts de glace purs et épais.,
Les données acquises par l’instrument LEND (Lunar Exploration Neutron Detector) à bord du LRO montrent plusieurs régions où le flux neutronique épithermal de la surface est supprimé, ce qui indique une teneur accrue en hydrogène. Une analyse plus poussée des données de LEND suggère que la teneur en eau dans les régions polaires n’est pas directement déterminée par les conditions d’éclairage de la surface, car les régions éclairées et ombragées ne manifestent aucune différence significative dans la teneur en eau estimée., Selon les observations de cet instrument seul, » la basse température de surface permanente des pièges froids n’est pas une condition nécessaire et suffisante pour l’amélioration de la teneur en eau dans le régolithe. »
L’examen par l’altimètre laser LRO du cratère Shackleton au pôle sud lunaire suggère que jusqu’à 22% de la surface de ce cratère est recouverte de glace.
Inclusions de fonte dans des échantillons d’Apollo 17
En mai 2011, Erik Hauri et al., rapporté 615-1410 ppm d’eau dans des inclusions de fonte dans l’échantillon lunaire 74220, le fameux « sol de verre orange » à haute teneur en titane d’origine volcanique recueilli lors de la mission Apollo 17 en 1972. Les inclusions ont été formées lors d’éruptions explosives sur la Lune il y a environ 3,7 milliards d’années.
Cette concentration est comparable à celle du magma dans le manteau supérieur de la Terre. Bien que d’un intérêt sélénologique considérable, cette annonce offre peu de réconfort aux colons lunaires potentiels., L’échantillon a pris naissance à plusieurs kilomètres sous la surface, et les inclusions sont si difficiles d’accès qu’il a fallu 39 ans pour les détecter avec un instrument à microprobe ionique de pointe.
Observatoire Stratosphérique pour l’astronomie Infrarouge
En octobre 2020, des astronomes ont rapporté avoir détecté de l’eau moléculaire sur la surface ensoleillée de la lune par plusieurs équipes scientifiques indépendantes, dont l’Observatoire Stratosphérique pour l’astronomie Infrarouge (SOFIA)., L’abondance estimée est d’environ 100 à 400 ppm, avec une distribution sur une petite plage de latitude, probablement le résultat de la géologie locale et non un phénomène mondial. Il a été suggéré que l’eau détectée est stockée dans des verres ou dans des vides entre les grains à l’abri du rude environnement lunaire, permettant ainsi à l’eau de rester à la surface lunaire. En utilisant les données du Lunar Reconnaissance Orbiter, il a été montré qu’outre les grandes régions ombragées en permanence dans les régions polaires de la Lune, il existe de nombreux pièges froids non cartographiés, augmentant considérablement les zones où la glace peut s’accumuler., Environ 10 à 20% de la zone de piège à froid permanent pour l’eau se trouve dans des « micro pièges à froid » trouvés dans des ombres sur des échelles de 1 km à 1 cm, pour une superficie totale d’environ 40 000 km2, dont environ 60% se trouve dans le Sud, et la majorité des pièges à froid pour la glace d’eau se trouvent à des latitudes >80° en raison des ombres permanentes.,
26 octobre 2020: Dans un article publié dans Nature Astronomy, une équipe de scientifiques a utilisé SOFIA, un télescope infrarouge monté à l’intérieur d’un jumbo jet 747, pour faire des observations qui ont montré des preuves sans ambiguïté de l’eau sur les parties de la lune où le soleil brille.” Cette découverte révèle que l’eau pourrait être distribuée à travers la surface lunaire et non limitée aux endroits froids ombragés près des pôles lunaires », a déclaré Paul Hertz, directeur de la division d’astrophysique de la NASA, lors d’une conférence de presse lundi.