Cratère de Clavius ​​de lune d'eau SOFIA

Cette illustration met en évidence le cratère Clavius ​​de la Lune avec une illustration représentant de l’eau piégée dans le sol lunaire, ainsi qu’une image de l’Observatoire stratosphérique pour l’astronomie infrarouge (SOFIA) de la NASA qui a trouvé de l’eau lunaire éclairée par le soleil. Crédit: NASA

NASAObservatoire stratosphérique d’astronomie infrarouge (SOFIA) a confirmé, pour la première fois, de l’eau sur la surface ensoleillée de la Lune. Cette découverte indique que l’eau peut être distribuée sur la surface lunaire, et ne se limite pas aux endroits froids et ombragés.

SOFIA a détecté des molécules d’eau (H2O) dans le cratère Clavius, l’un des plus grands cratères visibles depuis la Terre, situé dans l’hémisphère sud de la Lune. Des observations antérieures de la surface de la Lune ont détecté une forme d’hydrogène, mais n’ont pas été en mesure de faire la distinction entre l’eau et son proche parent chimique, l’hydroxyle (OH). Les données de cet endroit révèlent de l’eau à des concentrations de 100 à 412 parties par million – à peu près équivalentes à une bouteille d’eau de 12 onces – emprisonnée dans un mètre cube de sol réparti sur la surface lunaire. Les résultats sont publiés dans le dernier numéro de Astronomie de la nature.

«Nous avions des indications que H2O – l’eau familière que nous connaissons – pourrait être présente du côté ensoleillé de la Lune», a déclaré Paul Hertz, directeur de la division d’astrophysique à la direction des missions scientifiques au siège de la NASA à Washington. «Maintenant, nous savons que c’est là. Cette découverte remet en question notre compréhension de la surface lunaire et soulève des questions intrigantes sur les ressources pertinentes pour l’exploration de l’espace lointain.

A titre de comparaison, le désert du Sahara a 100 fois plus d’eau que ce que SOFIA a détecté dans le sol lunaire. Malgré les petites quantités, la découverte soulève de nouvelles questions sur la façon dont l’eau est créée et comment elle persiste sur la surface lunaire dure et sans air.

L’eau est une ressource précieuse dans l’espace lointain et un ingrédient clé de la vie telle que nous la connaissons. Reste à déterminer si l’eau trouvée par SOFIA est facilement accessible pour une utilisation en tant que ressource. Dans le cadre du programme Artemis de la NASA, l’agence est impatiente d’apprendre tout ce qu’elle peut sur la présence d’eau sur la Lune avant d’envoyer la première femme et le prochain homme à la surface lunaire en 2024 et d’y établir une présence humaine durable d’ici la fin de la décennie.

Les résultats de SOFIA s’appuient sur des années de recherches antérieures examinant la présence d’eau sur la Lune. Lorsque les astronautes d’Apollo sont revenus pour la première fois de la Lune en 1969, on pensait qu’elle était complètement sèche. Les missions orbitales et d’impacteurs au cours des 20 dernières années, telles que le satellite d’observation et de détection du cratère lunaire de la NASA, ont confirmé la présence de glace dans des cratères ombragés en permanence autour des pôles de la Lune. Pendant ce temps, plusieurs vaisseaux spatiaux – dont le Cassini et la mission de la comète Deep Impact, ainsi que la mission Chandrayaan-1 de l’Organisation indienne de recherche spatiale et le télescope infrarouge au sol de la NASA, ont examiné de manière générale la surface lunaire et ont trouvé des preuves d’hydratation dans les régions plus ensoleillées. Pourtant, ces missions n’ont pas été en mesure de distinguer définitivement la forme sous laquelle elle était présente – que ce soit H2O ou OH.

«Avant les observations de SOFIA, nous savions qu’il y avait une sorte d’hydratation», a déclaré Casey Honniball, l’auteur principal qui a publié les résultats de son travail de thèse à l’Université d’Hawaï à Mānoa à Honolulu. “Mais nous ne savions pas combien, le cas échéant, étaient en fait des molécules d’eau – comme nous en buvons tous les jours – ou quelque chose de plus comme un nettoyant pour drain.


Des scientifiques utilisant le télescope de la NASA sur un avion, l’Observatoire stratosphérique pour l’astronomie infrarouge, ont découvert pour la première fois de l’eau sur une surface ensoleillée de la Lune. SOFIA est un Boeing 747SP modifié qui permet aux astronomes d’étudier le système solaire et au-delà d’une manière qui n’est pas possible avec des télescopes au sol. De l’eau moléculaire, H2O, a été trouvée dans le cratère de Clavius, l’un des plus grands cratères visibles de la Terre dans l’hémisphère sud de la Lune. Cette découverte indique que l’eau peut être distribuée sur la surface lunaire, et ne se limite pas aux endroits froids et ombragés. Crédit: NASA / Ames Research Center

SOFIA a offert un nouveau moyen de regarder la Lune. Volant à des altitudes allant jusqu’à 45 000 pieds, cet avion de ligne Boeing 747SP modifié avec un télescope de 106 pouces de diamètre atteint plus de 99% de la vapeur d’eau dans l’atmosphère terrestre pour obtenir une vision plus claire de l’univers infrarouge. En utilisant son Faint Object infrarouge CAmera pour le télescope SOFIA (FORCAST), SOFIA a pu capter la longueur d’onde spécifique unique aux molécules d’eau, à 6,1 microns, et a découvert une concentration relativement surprenante dans le cratère ensoleillé de Clavius.

«Sans une atmosphère épaisse, l’eau sur la surface lunaire éclairée par le soleil devrait être perdue dans l’espace», a déclaré Honniball, qui est maintenant postdoctoral au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland. «Pourtant, nous le voyons d’une manière ou d’une autre. Quelque chose génère de l’eau et quelque chose doit l’emprisonner là-bas.

Plusieurs forces pourraient être en jeu dans la distribution ou la création de cette eau. Des micrométéorites qui pleuvent sur la surface lunaire, transportant de petites quantités d’eau, pourraient déposer l’eau sur la surface lunaire lors de l’impact. Une autre possibilité est qu’il pourrait y avoir un processus en deux étapes par lequel le vent solaire du Soleil fournit de l’hydrogène à la surface lunaire et provoque une réaction chimique avec des minéraux contenant de l’oxygène dans le sol pour créer de l’hydroxyle. Pendant ce temps, le rayonnement du bombardement de micrométéorites pourrait transformer cet hydroxyle en eau.

La manière dont l’eau est ensuite stockée – ce qui permet de s’accumuler – soulève également des questions intrigantes. L’eau pourrait être piégée dans de minuscules structures en forme de perles dans le sol qui se forment à cause de la chaleur élevée créée par les impacts de micrométéorites. Une autre possibilité est que l’eau puisse être cachée entre des grains de sol lunaire et à l’abri de la lumière du soleil – la rendant potentiellement un peu plus accessible que l’eau emprisonnée dans des structures en forme de perles.

Pour une mission conçue pour observer des objets lointains et sombres tels que des trous noirs, des amas d’étoiles et des galaxies, les projecteurs de SOFIA sur le voisin le plus proche et le plus brillant de la Terre s’écartaient du statu quo. Les opérateurs de télescope utilisent généralement une caméra de guidage pour suivre les étoiles, en maintenant le télescope verrouillé de manière constante sur sa cible d’observation. Mais la Lune est si proche et si brillante qu’elle remplit tout le champ de vision de la caméra guide. En l’absence d’étoiles visibles, il n’était pas clair si le télescope pouvait suivre de manière fiable la Lune. Pour le déterminer, en août 2018, les opérateurs ont décidé de tenter un test d’observation.

«C’était, en fait, la première fois que SOFIA regardait la Lune, et nous n’étions même pas tout à fait sûrs d’obtenir des données fiables, mais les questions sur l’eau de la Lune nous ont obligés à essayer», a déclaré Naseem Rangwala, le projet de SOFIA. scientifique au centre de recherche Ames de la NASA dans la Silicon Valley en Californie. “C’est incroyable que cette découverte soit issue de ce qui était essentiellement un test, et maintenant que nous savons que nous pouvons le faire, nous prévoyons plus de vols pour faire plus d’observations.”

Les vols de suivi de SOFIA chercheront de l’eau dans d’autres endroits éclairés par le soleil et au cours des différentes phases lunaires pour en savoir plus sur la manière dont l’eau est produite, stockée et déplacée sur la Lune. Les données s’ajouteront au travail des futures missions sur la Lune, telles que Volatiles Investigating Polar Exploration Rover (VIPER) de la NASA, pour créer les premières cartes des ressources en eau de la Lune pour l’exploration future de l’espace humain.

Dans le même numéro de Astronomie de la nature, des scientifiques ont publié un article utilisant des modèles théoriques et les données de Lunar Reconnaissance Orbiter de la NASA, soulignant que l’eau pourrait être piégée dans de petites ombres, où les températures restent en dessous de zéro, sur une plus grande partie de la Lune que prévu actuellement. Les résultats peuvent être trouvés ici.

«L’eau est une ressource précieuse, à la fois à des fins scientifiques et pour nos explorateurs», a déclaré Jacob Bleacher, scientifique en chef de l’exploration à la direction des missions d’exploration et d’opérations humaines de la NASA. «Si nous pouvons utiliser les ressources de la Lune, nous pouvons transporter moins d’eau et plus d’équipement pour permettre de nouvelles découvertes scientifiques.»

Référence: «Eau moléculaire détectée sur la Lune éclairée par SOFIA» par C. I. Honniball, P. G. Lucey, S. Li, S. Shenoy, T. M. Orlando, C. A. Hibbitts, D. M. Hurley et W. M. Farrell, 26 octobre 2020, Astronomie de la nature.
DOI: 10.1038 / s41550-020-01222-x

SOFIA est un projet conjoint de la NASA et du Centre aérospatial allemand. Ames gère le programme SOFIA, la science et les opérations de mission en coopération avec l’Universities Space Research Association, dont le siège est à Columbia, Maryland, et l’Institut allemand SOFIA de l’Université de Stuttgart. L’avion est entretenu et exploité par le bâtiment 703 du centre de recherche en vol Armstrong de la NASA, à Palmdale, en Californie.