20 ° secoloModifica
Programma Apollo
La possibilità di ghiaccio nei piani dei crateri lunari polari fu suggerita per la prima volta nel 1961 dai ricercatori del Caltech Kenneth Watson, Bruce C. Murray e Harrison Brown. Anche se tracce di acqua sono stati trovati in campioni di roccia lunare raccolti dagli astronauti Apollo, questo è stato ipotizzato essere un risultato di contaminazione, e la maggior parte della superficie lunare è stato generalmente assunto per essere completamente asciutto. Tuttavia, uno studio del 2008 su campioni di roccia lunare ha rivelato prove di molecole d’acqua intrappolate in perle di vetro vulcanico.,
La prima prova diretta di vapore acqueo vicino alla Luna fu ottenuta dall’esperimento Apollo 14 ALSEP Suprathermal Ion Detector, SIDE, il 7 marzo 1971. Una serie di esplosioni di ioni di vapore acqueo sono state osservate dallo spettrometro di massa dello strumento sulla superficie lunare vicino al sito di atterraggio dell’Apollo 14.
Luna 24
Nel febbraio 1978 gli scienziati sovietici M. Akhmanova, B. Dement’ev e M. Markov dell’Istituto Vernadsky di geochimica e chimica analitica pubblicarono un documento che sosteneva una rilevazione dell’acqua in modo abbastanza definitivo., Il loro studio ha mostrato che i campioni restituiti alla Terra dalla sonda sovietica Luna 24 del 1976 contenevano circa lo 0,1% di acqua in massa, come visto nella spettroscopia di assorbimento infrarosso (a circa 3 µm (0,00012 in) lunghezza d’onda), a un livello di rilevamento circa 10 volte sopra la soglia.
Clementine
Immagine composita della regione polare meridionale della Luna, catturata dalla sonda Clementine della NASA per due giorni lunari. Aree permanentemente ombreggiate potrebbero ospitare ghiaccio d’acqua.,
Una prova proposta di ghiaccio d’acqua sulla Luna è arrivata nel 1994 dalla sonda Clementine militare degli Stati Uniti. In un’indagine nota come “esperimento radar bistatico”, Clementine ha usato il suo trasmettitore per trasmettere onde radio nelle regioni scure del polo sud della Luna. Gli echi di queste onde sono stati rilevati dalle grandi antenne del Deep Space Network sulla Terra. La grandezza e la polarizzazione di questi echi erano coerenti con una superficie ghiacciata piuttosto che rocciosa, ma i risultati erano inconcludenti e il loro significato è stato messo in discussione., Le misurazioni radar terrestri sono state utilizzate per identificare le aree che sono in ombra permanente e quindi hanno il potenziale per ospitare il ghiaccio lunare: le stime dell’estensione totale delle aree ombreggiate di 87,5 gradi di latitudine sono rispettivamente di 1.030 e 2.550 chilometri quadrati (400 e 980 miglia quadrate) per i poli nord e sud. Le successive simulazioni al computer che comprendevano ulteriori terreni hanno suggerito che un’area fino a 14.000 chilometri quadrati (5.400 miglia quadrate) potrebbe essere in ombra permanente.,
Lunar Prospector
La sonda Lunar Prospector, lanciata nel 1998, impiegava uno spettrometro a neutroni per misurare la quantità di idrogeno nel regolite lunare vicino alle regioni polari. È stato in grado di determinare l’abbondanza e la posizione dell’idrogeno entro 50 parti per milione e ha rilevato concentrazioni di idrogeno migliorate ai poli nord e sud lunari. Questi sono stati interpretati come indicanti quantità significative di ghiaccio d’acqua intrappolato in crateri permanentemente ombreggiati, ma potrebbero anche essere dovuti alla presenza del radicale idrossile (•OH) legato chimicamente ai minerali., Sulla base dei dati di Clementine e Lunar Prospector, gli scienziati della NASA hanno stimato che, se è presente ghiaccio d’acqua superficiale, la quantità totale potrebbe essere dell’ordine di 1-3 chilometri cubi (0,24–0,72 cu mi). Nel luglio 1999, alla fine della sua missione, la sonda Lunar Prospector è stata deliberatamente schiantata nel cratere Shoemaker, vicino al polo sud della Luna, nella speranza che quantità rilevabili di acqua sarebbero state liberate. Tuttavia, le osservazioni spettroscopiche da telescopi a terra non hanno rivelato la firma spettrale dell’acqua.,
Cassini–Huygens
Ulteriori sospetti sull’esistenza dell’acqua sulla Luna sono stati generati da dati inconcludenti prodotti dalla missione Cassini–Huygens, che ha superato la Luna nel 1999.
21 ° secoloModifica
Deep Impact
Nel 2005, le osservazioni della Luna da parte della sonda Deep Impact hanno prodotto dati spettroscopici inconcludenti che suggeriscono l’acqua sulla Luna. Nel 2006, osservazioni con il radar planetario di Arecibo hanno mostrato che alcuni dei ritorni del radar Clementine quasi polari, precedentemente dichiarati indicativi di ghiaccio, potrebbero invece essere associati a rocce espulse da crateri giovani., Se fosse vero, ciò indicherebbe che i risultati di neutroni da Lunar Prospector erano principalmente da idrogeno in forme diverse dal ghiaccio, come molecole di idrogeno intrappolate o sostanze organiche. Tuttavia, l’interpretazione dei dati di Arecibo non esclude la possibilità di ghiaccio d’acqua in crateri permanentemente ombreggiati. Nel giugno 2009, la sonda spaziale Deep Impact della NASA, ora ridisegnata EPOXI, ha effettuato ulteriori misurazioni di conferma dell’idrogeno legato durante un altro flyby lunare.,
Kaguya
Come parte del suo programma di mappatura lunare, la sonda giapponese Kaguya, lanciata nel settembre 2007 per una missione di 19 mesi, ha effettuato osservazioni di spettrometria a raggi gamma dall’orbita in grado di misurare l’abbondanza di vari elementi sulla superficie della Luna. I sensori di imaging ad alta risoluzione della sonda giapponese Kaguya non sono riusciti a rilevare alcun segno di ghiaccio d’acqua nei crateri permanentemente ombreggiati attorno al polo sud della Luna, e hanno concluso la sua missione schiantandosi sulla superficie lunare per studiare il contenuto del pennacchio di ejecta.,
Chang’e 1
L’orbiter Chang’e 1 della Repubblica Popolare Cinese, lanciato nell’ottobre 2007, ha scattato le prime fotografie dettagliate di alcune aree polari in cui è probabile che si trovi acqua ghiacciata.
Chandrayaan-1
prova Diretta di acqua lunare della Luna atmosfera ottenuto dalla Chandrayaan-1 Altitudinali Composizione (CHACE) il profilo di uscita
Immagine della Luna scattate dai Moon Mineralogy Mapper., Il blu mostra la firma spettrale dell’idrossido, il verde mostra la luminosità della superficie misurata dalla radiazione infrarossa riflessa dal Sole e il rosso mostra un minerale chiamato pirossene.
La sonda indiana ISRO Chandrayaan-1 ha rilasciato la Moon Impact Probe (MIP) che ha colpito il cratere Shackleton, del polo sud lunare, alle 20:31 del 14 novembre 2008 rilasciando detriti sotterranei che sono stati analizzati per la presenza di ghiaccio d’acqua., Durante la sua discesa di 25 minuti, Chandra Altitudinal Composition Explorer (CHACE) della sonda di impatto ha registrato prove di acqua in 650 spettri di massa raccolti nella sottile atmosfera sopra la superficie della Luna e linee di assorbimento di idrossile nella luce solare riflessa.
Il 25 settembre 2009, la NASA ha dichiarato che i dati inviati dal suo M3 hanno confermato l’esistenza di idrogeno su ampie aree della superficie lunare, anche se in basse concentrazioni e sotto forma di gruppo idrossilico ( · OH) chimicamente legato al suolo. Ciò supporta prove precedenti dagli spettrometri a bordo delle sonde Deep Impact e Cassini., Sulla Luna, la caratteristica è vista come un assorbimento ampiamente distribuito che appare più forte alle alte latitudini più fredde e in diversi crateri feldspatici freschi. La generale mancanza di correlazione di questa caratteristica nei dati M3 illuminati dal sole con i dati di abbondanza dello spettrometro a neutroni H suggerisce che la formazione e la conservazione di OH e H2O è un processo superficiale in corso. I processi di produzione di OH/H2O possono alimentare trappole fredde polari e rendere il regolite lunare una fonte candidata di volatili per l’esplorazione umana.,
Sebbene M3 risultati sono coerenti con i risultati recenti di altri NASA strumenti a bordo di Chandrayaan-1, l’scoperto molecole di acqua sulla Luna regioni polari non è coerente con la presenza di spessi depositi di quasi puro ghiaccio d’acqua a pochi metri della superficie lunare, ma non è da escludere la presenza di piccole dimensioni (<∼10 cm (3.9 in)), discreti pezzi di ghiaccio mescolato con la regolite. Ulteriori analisi con M3 pubblicate in 2018 avevano fornito prove più dirette di ghiaccio d’acqua vicino alla superficie entro 20° di latitudine di entrambi i poli., Oltre a osservare la luce riflessa dalla superficie, gli scienziati hanno utilizzato le capacità di assorbimento nel vicino infrarosso di M3 nelle aree permanentemente ombreggiate delle regioni polari per trovare spettri di assorbimento coerenti con il ghiaccio. Nella regione del polo nord, il ghiaccio d’acqua è sparso in macchie, mentre è più concentrato in un unico corpo attorno al polo sud. Poiché queste regioni polari non sperimentano le alte temperature (superiori a 373 Kelvin), è stato postulato che i poli fungano da trappole fredde dove l’acqua vaporizzata viene raccolta sulla Luna.,
Nel marzo 2010, è stato riferito che il Mini-SAR a bordo di Chandrayaan-1 aveva scoperto più di 40 crateri permanentemente oscurati vicino al polo nord della Luna che si ipotizza contengano circa 600 milioni di tonnellate metriche di ghiaccio d’acqua. L’elevata RCP del radar non è univocamente diagnostica della rugosità o del ghiaccio; il team scientifico deve tenere conto dell’ambiente delle occorrenze di un segnale CPR elevato per interpretarne la causa. Il ghiaccio deve essere relativamente puro e di almeno un paio di metri di spessore per dare questa firma., La quantità stimata di ghiaccio d’acqua potenzialmente presente è paragonabile alla quantità stimata dalla precedente missione dei dati sui neutroni di Lunar Prospector. Lunar Reconnaissance Orbiter/Lunar Crater Observation and Sensing Satellite
Video generato dalle immagini Lunar Reconnaissance Orbiter della NASA che mostrano aree di ombra permanente. Ombre realistiche si evolvono attraverso diversi mesi.,
Il 9 ottobre 2009, lo stadio superiore Centaur del suo razzo vettore Atlas V è stato diretto verso l’impatto del cratere Cabeus alle 11:31 UTC, seguito poco dopo dalla navicella spaziale Lunar Crater Observation and Sensing Satellite (LCROSS) della NASA che ha volato attraverso il pennacchio ejecta.LCROSS ha rilevato una quantità significativa di gruppo idrossilico nel materiale generato da un cratere polare meridionale da un dispositivo di simulazione; questo può essere attribuito a materiali portanti acqua-quello che sembra essere “vicino a ghiaccio d’acqua cristallina pura” mescolato nel regolite., Ciò che è stato effettivamente rilevato è stato il gruppo chimico idrossile · * OH), che si sospetta provenga dall’acqua, ma potrebbe anche essere idrati, che sono sali inorganici contenenti molecole d’acqua legate chimicamente. La natura, la concentrazione e la distribuzione di questo materiale richiede ulteriori analisi; lo scienziato capo della missione Anthony Colaprete ha dichiarato che l’ejecta sembra includere una serie di particelle a grana fine di ghiaccio d’acqua cristallino quasi puro. Un’analisi definitiva successiva ha trovato la concentrazione di acqua per essere “5.6 ± 2.9% in massa”.,
Il Mini-RF strumento a bordo del Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) ha osservato il pennacchio di detriti dall’impatto di LCROSS orbiter, e si è concluso che il ghiaccio d’acqua deve essere in forma di piccoli (< ~10 cm), discreti pezzi di ghiaccio distribuiti in tutta la regolite, o come rivestimento sottile sul ghiaccio grani. Questo, accoppiato con osservazioni radar monostatiche, suggeriscono che il ghiaccio d’acqua presente nelle regioni permanentemente ombreggiate dei crateri polari lunari è improbabile che sia presente sotto forma di depositi di ghiaccio spessi e puri.,
I dati acquisiti dallo strumento Lunar Exploration Neutron Detector (LEND) a bordo di LRO mostrano diverse regioni in cui il flusso di neutroni epitermici dalla superficie viene soppresso, il che è indicativo di un maggiore contenuto di idrogeno. Un’ulteriore analisi dei dati LEND suggerisce che il contenuto di acqua nelle regioni polari non è direttamente determinato dalle condizioni di illuminazione della superficie, poiché le regioni illuminate e ombreggiate non manifestano alcuna differenza significativa nel contenuto di acqua stimato., Secondo le osservazioni di questo solo strumento ,” la bassa temperatura superficiale permanente delle trappole fredde non è una condizione necessaria e sufficiente per migliorare il contenuto di acqua nella regolite.”
L’esame dell’altimetro laser LRO del cratere Shackleton al polo sud lunare suggerisce che fino al 22% della superficie di quel cratere è coperto di ghiaccio.
Inclusioni di fusione nei campioni Apollo 17
Nel maggio 2011, Erik Hauri et al., riportato 615-1410 ppm di acqua in inclusioni di fusione nel campione lunare 74220, il famoso “suolo di vetro arancione” ad alto titanio di origine vulcanica raccolto durante la missione Apollo 17 nel 1972. Le inclusioni si sono formate durante eruzioni esplosive sulla Luna circa 3,7 miliardi di anni fa.
Questa concentrazione è paragonabile a quella del magma nel mantello superiore della Terra. Anche se di notevole interesse selenologico, questo annuncio offre poco conforto agli aspiranti coloni lunari., Il campione ha avuto origine molti chilometri sotto la superficie e le inclusioni sono così difficili da accedere che ci sono voluti 39 anni per rilevarle con uno strumento a microsonda ionica all’avanguardia.
Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy
Nell’ottobre 2020, gli astronomi hanno riferito di aver rilevato acqua molecolare sulla superficie illuminata dal sole della luna da diversi team scientifici indipendenti, tra cui lo Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy (SOFIA)., L’abbondanza stimata è di circa 100-400 ppm, con una distribuzione su un piccolo intervallo di latitudine, probabilmente un risultato della geologia locale e non un fenomeno globale. È stato suggerito che l’acqua rilevata sia immagazzinata all’interno di bicchieri o in vuoti tra i grani al riparo dall’ambiente lunare duro, consentendo così all’acqua di rimanere sulla superficie lunare. Utilizzando i dati del Lunar Reconnaissance Orbiter, è stato dimostrato che oltre alle grandi regioni permanentemente ombreggiate nelle regioni polari della Luna, ci sono molte trappole fredde non mappate, aumentando sostanzialmente le aree in cui il ghiaccio può accumularsi., Circa il 10-20% dell’area di trappola a freddo permanente per l’acqua è contenuta in “micro trappole a freddo” che si trovano in ombre su scale da 1 km a 1 cm, per un’area totale di ~40.000 km2, di cui circa il 60% si trova nel Sud, e la maggior parte delle trappole a freddo per ghiaccio d’acqua si trovano a latitudini >80° a causa di ombre permanenti.,
26 ottobre 2020: In un articolo pubblicato su Nature Astronomy, un team di scienziati ha utilizzato SOFIA, un telescopio a infrarossi montato all’interno di un jumbo jet 747, per effettuare osservazioni che mostravano prove inequivocabili di acqua su parti della luna dove splende il sole.” Questa scoperta rivela che l’acqua potrebbe essere distribuita sulla superficie lunare e non limitata ai freddi luoghi ombreggiati vicino ai poli lunari”, ha detto Paul Hertz, direttore della divisione astrofisica della NASA, durante una conferenza stampa lunedì.