Odkrycie to, opisane szczegółowo w periodyku Journal of Geophysical Research: Planets, niesie ze sobą istotne implikacje dla przyszłej eksploracji Księżyca, szczególnie dla astronautów realizujących misje programu Artemis na południowym biegunie Księżyca. Wszak to właśnie w tym rejonie globu najprawdopodobniej gromadzi się najwięcej wody.
Wiatr słoneczny składa się głównie z protonów, czyli jąder wodoru poruszających się z prędkością ponad 1,5 miliona kilometrów na godzinę. Podczas gdy pole magnetyczne Ziemi i atmosfera chronią jej powierzchnię przed tymi cząsteczkami, Księżyc nie ma takiej ochrony. Powierzchnia planety, zbudowana ze skalistego, pylistego materiału zwanego regolitem, jest wystawiona na nieustanne bombardowanie cząsteczkami ze Słońca.
Czytaj także: Woda na Księżycu jest wszędzie. Chińskie próbki dostarczyły dowodów
Gdy protony uderzają w powierzchnię Księżyca, ponownie łączą się z elektronami, tworząc atomy wodoru. Atomy wodoru mogą następnie reagować z atomami tlenu występującymi w minerałach Księżyca, na przykład krzemionce, co prowadzi do powstawania cząsteczek hydroksylu (OH) i wody (H₂O).
Dowody na obecność tych cząsteczek wykryto w górnej warstwie powierzchni Księżyca, na głębokości zaledwie kilku milimetrów. Chociaż obecna technologia nie zawsze jest w stanie odróżnić wodę od hydroksylu ze względu na ich podobne wzorce absorpcji światła w danych spektroskopowych, naukowcy często nazywają oba związki zbiorczo „wodą”. Cząsteczki te pozostawiają po sobie ślad widmie — spadek ilości pochłanianego światła podczerwonego w pobliżu długości fali 3 mikronów — który wskazuje na ich obecność.
Naukowcy od dawna podejrzewali, że wiatr słoneczny jest głównym źródłem wody dostrzeganej przez instrumenty obserwacyjne na powierzchni Księżyca.
Poszlaki potwierdzające tę teorię pojawiły się w obserwacjach prowadzonych przez sondy kosmiczne, które wykazały, że sygnał wiązany z wodą na Księżycu zmienia się w ciągu dnia. Jego intensywność zwykle jest większa w chłodniejszych godzinach porannych i zanika wraz ze wzrostem temperatury powierzchni, prawdopodobnie na skutek ruchu lub utraty cząsteczek wodoru i wody. Gdy nocą temperatura znów spada, sygnał się wzmacnia. Te dzienne wahania wskazują na odnawiające się źródło, najprawdopodobniej wiatr słoneczny, który stale produkuje niewielkie ilości wody.
Aby zweryfikować tę teorię w kontrolowanych warunkach, naukowcy NASA Li Hsia Yeo i Jason McLain wykorzystali specjalistyczne laboratorium. Ich urządzenie, zaprojektowane w Centrum Lotów Kosmicznych im. Goddarda, składało się z urządzenia emitującego wiązkę cząstek słonecznych, komory próżniowej imitującej środowisko Księżyca oraz detektora cząsteczek — cały układ uszczelniono tak, aby zapobiec zanieczyszczeniom pochodzącym z atmosfery Ziemi.
Czytaj także: Zaskakujące odkrycie! Ziemia produkuje wodę na powierzchni Księżyca
Wykorzystując pył księżycowy zebrany podczas misji Apollo 17 w 1972 r., zespół najpierw usunął resztki wilgoci poprzez wypieczenie próbek. Następnie symulowali dziesiątki tysięcy lat wystawienia na działanie wiatru słonecznego, bombardując regolit dużymi dawkami naładowanych cząstek przez kilka dni. Przez cały proces spektrometr monitorował ewolucję właściwości chemicznych pyłu.
Eksperyment ujawnił wyraźny sygnał absorpcji podczerwieni w tym samym obszarze, który zwykle jest kojarzony z wodą. Chociaż naukowcy nie byli w stanie jednoznacznie odróżnić hydroksylu od wody, charakterystyka zarejestrowanego sygnału absorpcji sugeruje, że podczas symulacji powstały i hydroksyl i woda.
To przełomowe potwierdzenie laboratoryjne stanowi mocne poparcie dla hipotezy, że wiatr słoneczny nie tylko przyczynia się do powstawania wody na Księżycu, ale także aktywnie ją wytwarza. Program Artemis stał się właśnie znacznie bardziej interesujący.