Вода на Місяці — це вода, яка перебуває на Місяці незалежно від форми. Як виявила обсерваторія SOFIA (спільний проект 80/20 НАСА та Німецького аерокосмічного центру, DLR) у 2020 році, дифузні молекули води в низьких концентраціях можуть зберігатися на освітленій сонцем поверхні Місяця. Поступово водяна пара розкладається сонячним світлом, через що водень і кисень втрачаються у космосі. Вчені знайшли водяний лід у холодних, постійно затінених кратерах на полюсах Місяця. Молекули води також присутні в надзвичайно тонкій атмосфері Місяця.
Експеримент НАСА Ice-Mining Experiment-1 (планується запустити у рамках місії не раніше ніж наприкінці 2024 року) покликаний відповісти на питання, чи є водяний лід у придатних для використання кількостях у південному полярному регіоні.
Вода (H2O) і пов'язана з нею гідроксильна група (-OH) існують у хімічно зв'язаних формах у вигляді гідратів і гідроксидів з місячними мінералами (а не у формі вільної води), і дані переконливо свідчать про те, що це відбувається в низьких концентраціях на більшості поверхні Місяця. Фактично, розраховано, що адсорбована вода існує в слідових концентраціях від 10 до 1000 частин на мільйон. Протягом другої половини 20-го сторіччя на основі різноманітних спостережень було накопичено непереконливі докази існування вільного водяного льоду на полюсах Місяця, які свідчать про наявність зв'язаного водню.
18 серпня 1976 року радянський зонд «Луна-24» здійснив посадку в Морі Криз, взявши проби з глибин 118, 143 і 184 см місячного реголіту, і повернув їх на Землю. У лютому 1978 року лабораторний аналіз цих зразків показав, що вони містили 0,1 % (1000 ppm) води за масою. Спектральні вимірювання показали мінімуми поблизу 3, 5 і 6 мкм, характерні смуги валентних коливань для молекул води, інтенсивність яких у два-три рази перевищує рівень шуму.
24 вересня 2009 року Chandra's Altitudinal Composition Explorer (CHACE) Індійської організації космічних досліджень і Moon Mineralogy Mapper (M3) НАСА на борту зонда Чандраян-1 виявили особливості поглинання на довжинах хвиль 2,8–3,0 мкм на поверхні Місяця. 14 листопада 2008 року Чандраян-1 випустив зонд Moon Impact Probe для зіткнення у кратері Шеклтон, що допомогло підтвердити наявність водяного льоду. Для силікатних тіл такі особливості зазвичай приписують гідроксильним та/або водовмісним матеріалам. У серпні 2018 року НАСА підтвердило, що M3 показав наявність водяного льоду на поверхні полюсів Місяця.Water on the Moon: Direct evidence from Chandrayaan-1's Moon Impact Probe. Published on 2010/04/07. 26 жовтня 2020 року обсерваторія SOFIA підтвердила наявність води в концентраціях від 100 до 412 частин на мільйон (0,01 %-0,042 %) на освітленій сонцем поверхні Місяця.
Вода могла бути доставлена на Місяць протягом геологічних масштабів часу внаслідок регулярного бомбардування водоносними кометами, астероїдами та метеороїдамиElston, D.P. (1968) «Character and Geologic Habitat of Potential Deposits of Water, Carbon and Rare Gases on the Moon», Geological Problems in Lunar and Planetary Research, Proceedings of AAS/IAP Symposium, AAS Science and Technology Series, Supplement to Advances in the Astronautical Sciences., p. 441 або безперервно вироблялася на місці іонами водню (протонами) сонячного вітру, що діють на мінерали, які містять кисень.
Пошуки присутності місячної води привернули значну увагу та спонукали до кількох недавніх місячних місій, головним чином через корисність води для довгострокового проживання на Місяці.
Історія спостережень
20 століття Про можливість існування льоду на дні полярних місячних кратерів вперше припустили в 1961 році дослідники Каліфорнійського технологічного інституту Кеннет Уотсон, Брюс С. Мюррей і Гаррісон Браун.Watson, K., B. C. Murray, and H. Brown (1961), The Behavior of Volatiles on the Lunar Surface, J. Geophys. Res., 66(9), 3033–3045.
Земні радіолокаційні вимірювання використовувалися для виявлення областей, які знаходяться в постійній тіні і, отже, мають потенціал для укриття місячного льоду. Оцінки загальної площі затінених приполярних областей від 87,5 градусів широти становлять 1030 і 2550 км2 для північного та південного полюсів відповідно. Подальше комп'ютерне моделювання, що охоплює додатковий рельєф, показало, що в постійній тіні може бути площа до 14000 км2.
Програма Аполлон Хоча сліди води були виявлені у зразках місячних порід, зібраних астронавтами Аполлона, припускалося, що це результат забруднення, і більшість місячної поверхні вважалося повністю сухою. Однак у 2008 році дослідження зразків місячних порід виявило докази молекул води, захоплених у вулканічних скляних кульках.Moon Once Harbored Water, Lunar Lava Beads Show, Scientific American, July 9, 2008
Перші прямі докази наявності водяної пари поблизу Місяця були отримані в ході експерименту Apollo 14 ALSEP Suprathermal Ion Detector Experiment, SIDE, 7 березня 1971 року. Мас-спектрометр спостерігав серію спалахів іонів водяної пари на поверхні Місяця поблизу місця посадки Аполлона-14.Freeman, J.W., Jr., H.K. Hills., R.A. Lindeman, and R.R. Vondrak, Observations of Water Vapor at the Lunar Surface, The Moon, 8, 115—128, 1973
Луна-24 У лютому 1978 року радянські вчені М. Ахманова, Б. Дементьєв і М. Марков з Інституту геохімії та аналітичної хімії імені В. І. Вернадського опублікували статтю, в якій стверджувалося, що вода виявлена з достатньою впевненістю. Їхнє дослідження показало, що зразки, повернуті на Землю радянським зондом «Луна-24» у 1976 році, містили близько 0,1 % води за масою, як видно з інфрачервоної абсорбційної спектроскопії (довжина хвилі приблизно 3 мкм), на рівні виявлення приблизно в 10 разів вище порогового значення, хоча Кроттс зазначає, що «автори… не бажали ставити свою репутацію на абсолютну заяву про те, що земного забруднення вдалося повністю уникнути».Crotts, Arlin (October 12, 2009). «Water on the Moon», The Space Review. Retrieved 13 November 2023 Це було б першим прямим вимірюванням вмісту води на поверхні Місяця, хоча цей результат не був підтверджений іншими дослідниками.Spudis, Paul D. (June 1, 2012). «Who discovered water on the Moon?», . Retrieved 13 November 2023.
Клементина
Пропонований доказ наявності водяного льоду на Місяці надійшов у 1994 році з зонда США «Клементина». У дослідженні, відомому як «експеримент з бістатичним радаром», Клементина використовувала свій передавач для передачі радіохвиль у темні області південного полюса Місяця.The Clementine bistatic radar experiment — Science Відлуння цих хвиль були виявлені великими тарілчастими антенами мережі дальнього космічного зв'язку на Землі. Величина та поляризація цих відлунь відповідали крижаній, а не скелястій поверхні, але результати були непереконливимиClementine Probe , і їх значення було поставлене під сумнів.
Lunar Prospector Зонд Lunar Prospector, запущений у 1998 році, використовував нейтронний спектрометр для вимірювання кількості водню в місячному реголіті поблизу полярних регіонів. Він зміг визначити надлишок та розташування водню з точністю до 50 частин на мільйон і виявив підвищену концентрацію водню на північному та південному полюсах Місяця. Це було інтерпретовано як вказівка на значну кількість водяного льоду, захопленого в постійно затінених кратерахLunar Prospector Science Results NASA, але також могло бути пов'язано з наявністю гідроксильного радикалу (•OH), хімічно зв'язаного з мінералами. Ґрунтуючись на даних Clementine та Lunar Prospector, вчені НАСА підрахували, що за наявності поверхневого водного льоду його загальна кількість може сягати 1-3 кубічних кілометрів.Prospecting for Lunar Water , NASANeutron spectrometer results У липні 1999 року, наприкінці своєї місії, зонд Lunar Prospector навмисно врізався в кратер Шумейкер, поблизу південного полюса Місяця, в надії, що буде вивільнено помітну кількість води. Однак спектроскопічні спостереження з наземних телескопів не виявили спектрального підпису води.No water ice detected from Lunar Prospector, NASA website
Кассіні–Гюйгенс Більше підозр щодо існування води на Місяці були породжені непереконливими даними, отриманими місією Кассіні-Гюйгенс, яка пролетіла повз Місяць у 1999 році.
21 століття
Deep Impact У 2005 році спостереження за Місяцем, виконані космічним апаратом Deep Impact, дали непереконливі спектроскопічні дані, які свідчать про наявність води на Місяці. У 2006 році спостереження за допомогою планетарного радара Аресібо показали, що деякі з показів приполярних радарів апарата Клементина, які раніше вважалися ознаками льоду, натомість можуть бути пов'язані з скелями, викинутими з молодих кратерів. Якщо це правда, то нейтронні результати Lunar Prospector були в основному від водню в формах, відмінних від льоду, таких як захоплені молекули водню або органічні речовини. Тим не менш, інтерпретація даних Аресібо не виключає можливості існування водяного льоду в постійно затінених кратерах. У червні 2009 року космічний корабель НАСА Deep Impact, який тепер отримав назву EPOXI, здійснив додаткові підтверджувальні вимірювання зв'язаного водню під час іншого обльоту Місяця.
Кагуя У рамках своєї програми картографування Місяця японський зонд Кагуя, запущений у вересні 2007 року для 19-місячної місії, здійснив гамма-спектрометричні спостереження з орбіти, якими можна вимірювати кількість різних елементів на поверхні Місяця.Kaguya Gamma Ray Spectrometer, JAXA Датчики зображення високої роздільної здатності японського зонда Кагуя не змогли виявити жодних ознак водяного льоду в постійно затінених кратерах навколо південного полюса Місяця, і він завершив свою місію, врізавшись у поверхню Місяця, щоб вивчити вміст шлейфу викиду. Результати вимірювань, отримані Кагуя, пояснювались як присутністю чистого анортозиту, так і сублімацією летких речовин (імовірно льоду) з глибини 10-20 см від поверхні.
Чан'е 1 Орбітальний апарат Китайської Народної Республіки Чан'е-1, запущений у жовтні 2007 року, зробив перші детальні фотографії деяких полярних областей, де, ймовірно, знайдена вода у формі криги.«Who's Orbiting the Moon?» , NASA, February 20, 2008 Результати обробки даних з мікрохвильового радіометра показали можливість існування 2,8 % водяного льоду в реголіті кратера Кабео. Також показано існування іонів H^+_2 у екзосфері Місяця.
Чандраян-1
Індійський космічний корабель Чандраян-1 випустив зонд Moon Impact Probe (MIP), який зіткнувся з кратером Шеклтон на південному полюсі Місяця о 20:31 14 листопада 2008 року, вивільнивши підповерхневі уламки, які проаналізовані на наявність водяного льоду. Під час 25-хвилинного спуску Chandra's Altitudinal Composition Explorer (CHACE) зафіксував докази наявності води в 650 мас-спектрах, зібраних у тонкій атмосфері над поверхнею Місяця, і лініях поглинання гідроксилу у відбитому сонячному світлі.
25 вересня 2009 року НАСА оголосило, що дані, надіслані з його M3, підтвердили існування водню на великих ділянках поверхні Місяця, хоча і в низьких концентраціях і у формі гідроксильної групи (OH) хімічно зв'язаної із ґрунтом.«Spacecraft see 'damp' Moon soils», BBC, 24 September 2009 Це підтверджує попередні дані спектрометрів на борту зондів Deep Impact і Cassini.«It's Official: Water Found on the Moon», Space.com, 23 September 2009«Moon crash will create six-mile plume of dust as Nasa searches for water» , The Times, October 3, 2009Discovery of water on Moon boosts prospects for permanent lunar base, The Guardian, 24 September 2009 На Місяці ця особливість розглядається як широко розповсюджене поглинання, яке виявляється найсильнішим у більш низьких високих широтах і в кількох свіжих кратерах у польовому шпаті. Загальна відсутність кореляції цієї особливості даних M3 від сонячного освітленні з даними нейтронного спектрометра щодо надлишку Н свідчить про те, що утворення та утримання OH і H2O є поточним процесом на поверхні.