Centaur rocket

Nu känner vi till månens dolda vattenreserver

En spektakulär manöver har påvisat vatten på månen. Rymdfartsorganisationen NASA skickade ett 2,2 ton tungt Centaurraketsteg mot ytan. Det slog ned med en hastighet av mer än 9000 kilometer i timmen. Nedslaget orsakade ett stoftmoln, i vilket en satellit mätte spår av vatten.

8 april 2010 av Helle & Henrik Stub

Det finns vatten på månen. Det avgjordes då den amerikanska rymdfartsorganisationen NASA i oktober 2009 lät ett 2,2 ton tungt Centaurraketsteg störta på månen. Det träffade ytan med en hastighet av över 9000 kilometer i timmen. Nedslaget ägde rum i den 100 kilometer stora Cabeuskratern nära månens sydpol. Delar av denna krater ligger i evig skugga med temperaturer ända ned till minus 230 grader.

Nedslagsplatsen hade valts med stor omsorg, för om man skall kunna hoppas på att finna vatten i form av is på den atmosfärslösa månen, krävs det mycket låga temperaturer. Raketen landade i Cabeuskratern mindre än 200 meter från den beräknade platsen och skapade vid nedslaget en över 20 meter stor krater.

Överallt satt astronomer och väntade på att se ett imponerade stoftmoln resa sig ur kratern. De blev dock besvikna, för molnet var mycket svagare än förväntat. Det registrerades faktisk på allvar endast av satelliten LCROSS (Lunar Crater Observation and Sensing Satellite), som följde bakom Centaursteget just med syftet att undersöka stoftmolnet. LCROSS hade endast några minuter på sig för sina mätningar, innan den själv träffade ytan.

Utöver att ta bilder av nedslaget hade LCROSS med sig känsliga spektrometrar för att analysera sammansättningen av stoft och gas i det moln som slungades ut. Infrarödspektrometern fann spår av vatten och vattenånga, medan ultraviolettspektrometern påvisade rester av vattenmolekyler, nämligen hydroxylgruppen OH, som bildas när vatten spjälkas av solljus.

Mängden vatten i molnet uppskattas till cirka 100 liter, men det skall ses i förhållande till de många tusen ton materia som slungades upp vid nedslaget.

Vatten skall bli till raketbränsle

Månen är alltså fortfarande ytterst torr – enligt forskarna endast en smula mindre torr än Atacamaöknen i Chile, som anses vara jordens torraste plats. Det dämpar dock inte förtjusningen över att ha hittat vatten – som Peter Schultz vid gruppen bakom LCROSS säger: ”Vad som är verkligt spännande är att vi tittade på enbart ett enda ställe. Det är som att borra efter olja. Så snart man har hittat det på en plats, är det större chans att finna det runt omkring i omgivningen.”

Fyndet av vatten har stor betydelse för planerna på att i framtiden bygga en bas på månen. Vattnet kan inte bara drickas utan även med hjälp av solljus spjälkas till syre och väte och därmed användas för att framställa raketbränsle. Det kommer att minska kostnaderna för att driva en månbas, vars rymdskepp kan tankas på månen, så att allt bränsle inte behöver fraktas hela vägen från jorden.

Extrema temperaturer ger problem

En sak är dock teoretiska överväganden – något annat är att på månen bygga en bas, som kan utnyttja detta vatten. Det är av två skäl en stor utmaning. Finns vattnet – eller isen – endast i de kalla polarkratrarna, dit solens strålar aldrig når, måste vi lära oss att bygga utrustning som kan fungera vid minus 230 grader. Det är en uppgift som förväntades först långt in i framtiden, om vi skulle skicka astronauter till det yttre solsystemet mot Uranus, Neptunus eller Pluto. Bara att bygga en rymddräkt för dessa temperaturer är oerhört svårt, eftersom nästan alla kända böjliga ämnen blir sköra och bräckliga, när de kyls ned så mycket.

I första hand måste utvinningen av vattnet därför utföras av robotar. För att få fram ett enda glas vatten behöver man ett område stort som en fotbollsplan. Lyckligtvis är proceduren enkel. Den kan nämligen bestå i uppvärmning av ytstoftet med mikrovågor till en temperatur på minus 50 grader. Även vid denna låga temperatur avdunstar isen på den atmosfärslösa månen. I princip kan ångan sedan samlas upp som rimfrost eller is på en kall metallplatta.

Mikrovågorna kan komma från en soldriven anläggning på en solbelyst kraterkant högt uppe över den mörka bottnen. Är det för besvärligt, är en annan utväg att helt enkelt köra ned en kärnreaktor på kraterbottnen med de problem som det nu ger att arbeta i kylan.

Man kan också tänka sig ”hoppare” – små robotar som hoppar fram och tillbaka mellan solljus och skugga, där de omväxlande tillförs energi och utvinner vatten. Under alla omständigheter är upptäckten av vatten på månen en fantastisk hjälp, och utmaning, på vägen mot våra framtida planer på månbaser.

Därför är det naturligt att man letat efter vatten på månen ända sedan Apolloflygningarna för 40 år sedan. Givetvis undersökte man då de hemförda proverna efter vatten, men till att börja med utan resultat. Det är dock inte underligt, för alla landningsplatser låg nära månens ekvator, där temperaturen kan stiga till över 120 grader under en dag på månen, vilket motsvarar två jordveckor.

Rymdsonder har tidigare funnit spår av vatten

De två rymdsonder som följde efter Apollouppdragen, nämligen Clementine 1994 och Lunar Prospector 1998, hittade båda spår av vatten – Clementine genom att sända ned radarsignaler i de mörka och kalla kratrarna vid månens poler. Där mätte sonden ett starkt eko, som kan förklaras genom reflektion från områden med is. Lunar Prospector analyserade de neutroner från den kosmiska strålningen som reflekteras från månens yta. Sonden fann många långsamma neutroner, som sannolikt bromsats vid kollision med väteatomer i vatten på ytan. Man beräknade att det i månens ytlager finns någonstans mellan en och tio miljarder ton vatten – vilket dock fortfarande gör månen till ett mycket torrt klot.

År 2003 upplevde forskarna ett bakslag i jakten på vatten, då det 30 meter stora Areciboradioteleskopet i Puerto Rico inte kunde bekräfta Clementines registrering av is i kratrarna vid polerna.

Så vände dock historien än en gång. Det skedde då den indiska månsonden Chandrayaan-1 från en bana runt månen påvisade vatten genom spektroskopiska mätningar endast några månader före uppskjutningen av satelliten LCROSS.

Indierna var på goda grunder stolta. Det var deras första månsond, men den kunde utföra de bästa mätningarna av vatten före LCROSS. Helt överraskande hade de nu 40 år gamla proverna från Apolloflygningarna vid nya och noggrannare analyser visat sig innehålla en liten mängd vatten. I några mer än tre miljarder år gamla vulkaniska, glasaktiga småstenar har det påvisats upp till 46 ppm (parts per million) vatten. Det tyder på att den magma som de bildades av har innehållit mer vatten – kanske upp till 750 ppm.

Till serien av sonder som har undersökt månen på jakt efter vatten sällar sig två som bara flög förbi – Cassini på väg mot Saturnus och Deep Impact på väg mot en komet. Båda uppmätte vatten när de passerade månen.

Vatten härrör kanske från komet

Det finns tre teorier för varifrån månvattnet kommer. Enligt en av dem bildas i varje fall en del av isen med hjälp av solvinden, som i synnerhet innehåller väte. Vätet (H) reagerar med syreatomer (O) från månens yta och bildar vatten (H2O).

Den andra teorin går ut på att vattnet har funnits där sedan månen skapades. Denna teori hänvisar till de nya analyserna av Apolloproverna, men forskarna bakom den möter ett problem i samband med den mest accepterade teorin om månens uppkomst. Har månen verkligen bildats genom en kollision mellan jorden och en mindre planet, skulle det material som senare blev till månen ha varit alltför varmt för att kunna hålla kvar vattenånga och andra lättflyktiga ämnen.

Utöver vattenmolekylerna har flera lättare ämnen som svavel, klor, fluor och kol hittats på månen. Satelliten LCROSS fann även åtskilliga kolväteföreningar som etanol och metan i sina analyser. Dessa ämnen är kända från kometer och kan ha tillförts månen den vägen.

Den mest närliggande förklaringen till vattnets ursprung är därför den tredje teorin, att det härrör från nedslag av ishaltiga kometer. Vid sådana nedslag omges månen kortvarigt av ett moln av vattenånga. När molnet kommer i kontakt med de iskalla klipporna i månens polområden, blir vattenångan snabbt till iskristaller, som lägger sig på ytan.

På den atmosfärslösa månen avdunstar isen efterhand, men på bottnen av de kratrar som aldrig träffas av solljus, och där temperaturen når minus 230 grader, kan isen existera i flera miljarder år.

Läs också

PRENUMERERA PÅ ILLUSTRERAD VETENSKAPS NYHETSBREV

Du kan ladda ned ditt gratis specialnummer, Vår extrema hjärna, så snart du har beställt vårt nyhetsbrev.

Kanske är du intresserad av...

Hittade du inte vad du söker? Sök här: