Per la prima volta, uno studio interdisciplinare ha mostrato sostanze chimiche, fisico, e prove materiali per la formazione dell'acqua sulla luna. Al progetto hanno collaborato due team dell'Università delle Hawaii a Mānoa:i fisici chimici del Dipartimento di Chimica dell'UH Mānoa W.M. Keck Research Laboratory in Astrochimica e scienziati planetari presso l'Istituto Hawai'i di Geofisica e Planetologia (HIGP).

Sebbene recenti scoperte di veicoli spaziali orbitanti come il Lunar Prospector e l'hard lander Lunar Crater Observation and Sensing Satellite suggeriscano l'esistenza di ghiaccio d'acqua ai poli della luna, l'origine di quest'acqua è rimasta incerta. L'acqua lunare rappresenta uno dei requisiti chiave per la colonizzazione permanente della luna come materia prima per la generazione di carburante ed energia (idrogeno, ossigeno) e anche come "acqua potabile".

La ricerca rivoluzionaria è delineata in "Untangling the training and liberation of water in the lunar regolith, " autore principale di UH Manoa borsista postdottorato Cheng Zhu e colleghi nel Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze .

Il professore di chimica Ralf I. Kaiser e Jeffrey Gillis-Davis di HIGP hanno progettato gli esperimenti per testare la sinergia tra i protoni di idrogeno dal vento solare, minerali lunari, e impatti di micrometeoriti. Zhu ha irradiato campioni di olivina, un minerale secco che funge da surrogato del materiale lunare, con ioni di deuterio come proxy per i protoni del vento solare.

Deuterio irradiato solo "gli esperimenti non hanno rivelato alcuna traccia di formazione di acqua, anche dopo aver aumentato la temperatura alle temperature diurne lunari alle medie latitudini, " ha spiegato Zhu. "Ma quando abbiamo riscaldato il campione, abbiamo rilevato deuterio molecolare, suggerendo che il deuterio, o idrogeno, impiantato dal vento solare può essere immagazzinato nella roccia lunare".

Kaiser ha aggiunto, "Perciò, potrebbe essere necessaria un'altra fonte ad alta energia per innescare la formazione di acqua all'interno dei minerali della luna seguita dal suo rilascio come gas che può essere rilevato".

La seconda serie di esperimenti di irradiazione del deuterio è stata seguita dal riscaldamento laser per simulare gli effetti termici degli impatti dei micrometeoriti. Una raffica di ioni con rapporti massa/carica corrispondenti a quelli dell'acqua pesante ionizzata singolarmente è stata osservata nella fase gassosa durante gli impulsi laser. "L'acqua ha continuato a essere prodotta durante gli impulsi laser dopo che la temperatura è stata aumentata, suggerendo che l'olivina stava immagazzinando precursori dell'acqua pesante che sono stati rilasciati dal riscaldamento laser, " disse Zhu.

Per immaginare questi processi e interpretare l'impatto più ampio sulla luna e su altri corpi, Hope Ishii e John Bradley di HIGP hanno utilizzato la microscopia elettronica a scansione di fascio ionico focalizzata e la microscopia elettronica a trasmissione nell'Advanced Electron Microscopy Center. Hanno osservato fosse di superficie di dimensioni sub-micrometriche, alcuni parzialmente coperti da coperchi, suggerendo che il vapore acqueo si accumula sotto la superficie in vescicole fino a scoppiare, rilasciando acqua dai silicati lunari in seguito all'impatto di micrometeoriti.

"Globale, questo studio fa avanzare la nostra comprensione sull'origine dell'acqua rilevata sulla luna e su altri corpi senz'aria nel nostro sistema solare come Mercurio e asteroidi e fornisce, per la prima volta, un meccanismo scientificamente valido e provato di formazione dell'acqua, "Ha concluso Jeffrey Gillis-Davis di HIGP.