首次揭开月球上水的形成!包括化学、物理和物质证据

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  一项跨学科的研究首次揭示了月球上形成水的化学、物理和物证。来自夏威夷大学Mānoa的两个团队合作完成了这个项目:UHMānoa化学系的物理化学家,WMKeck太阳化学研究实验室和夏威夷地球物理与行星研究所(HIGP)的行星科学家。

件之一。它既是燃料和能源生产的原料(氢,氧)和“饮用水”。

这项开创性的研究发表在《美国国家科学院院刊》上。化学教授Ralf I. Kaiser和HIGP的Jeffrey Gillis-Davis设计了实验来测试太阳风,月球矿物和微陨石撞击产生的氢质子之间的协同作用。照射橄榄石样品。橄榄石是一种干燥的矿物质,是月球物质的替代品,锶离子是太阳风质子的替代品。即使温度升高到月球中纬度的温度,实验也没有发现任何水的形成痕迹。但是当研究人员加热样品时,检测到了分子焓。

这表明从太阳风中注入的氦或氢可以储存在月球岩石中。因此,可能需要另一个高能量源来触发月球矿物中水的形成,然后释放可检测的气体。在第二组氘辐照实验后,激光加热模拟微陨石撞击的热效应。在激光脉冲的作用下,在气相中出现与单电离重水质量电荷比相匹配的离子爆炸现象。温度升高后,激光脉冲继续产生水,这表明橄榄石储存了激光加热释放的重水前体。对这些过程进行成像并解释对月球和其他天体的更广泛影响。

水和它们的前体储存在月球硅酸盐中并通过(微)蛭石冲击释放到气相中。图片:MoleculesanddatacourtesyofChengZhuandRalfI.Kaiser; backgroundimagecourtesyofNASA /戈达德/ConceptualImageLab。

HIGP的Ishii和John Bradley希望在先进电子显微镜中心使用聚焦离子束扫描电子显微镜和透射电子显微镜。观察到亚微米尺寸的表面凹坑,其中一些被盖子覆盖,表明水蒸气在表面下形成囊泡,直到它们破裂,在微陨石撞击时从月球硅酸盐中释放出水。 HIGP的Jeffrey Gillis-Davis得出结论,总的来说,这项研究增强了我们对月球和太阳系中其他无气体物体(如水星和小行星)探测到的水的起源的认识,并首次形成了水。提供科学合理且经过验证的机制。

过去二十年收集的观测证据支持月球上存在水。然而,月球水源以及产生月球水的化学和/或物理过程仍然未知。通过实验室模拟实验,证明微陨石撞击太阳风质子注入无水硅酸盐引起的热冲击可以产生和释放水。这些新发现对于解释其他无空气天体(如月球和谷神星)的起源以及揭示太阳系中当前的水分布具有根本重要性。在月球表面发现的水源(H2O)和羟基自由基(OH)代表了一个基本的,未解决的难题。

太阳风质子与硅酸盐和氧化物的相互作用被认为是一个关键机制,但实验室实验的结果是矛盾的,这表明质子注入本身不足以产生和释放水。实验室模拟实验结合成像研究表明,水可以通过快速高能加热有效地产生和释放,例如微陨石撞击到注入太阳风质子的无水硅酸盐中。这些太阳风质子和微陨石的协同作用在10至300 k的矿物温度下通过囊泡提供水,为硅酸盐合成水的关键机制提供了证据。