As sombras lançadas pela aspereza da superfície da Lua criam pequenos pontos frios para o gelo da água se acumular, mesmo durante o duro dia lunar.

Os cientistas estão confiantes de que o gelo de água pode ser encontrado nos pólos da Lua dentro de crateras permanentemente sombreadas - em outras palavras, crateras que nunca recebem luz solar. Mas as observações mostram que o gelo da água também está presente em grande parte da superfície lunar, mesmo durante o dia. Este é um quebra-cabeça:modelos de computador anteriores sugeriam que qualquer gelo de água que se formasse durante a noite lunar deveria queimar rapidamente conforme o Sol sobe.

"Há mais de uma década, nave espacial detectou a possível presença de água na superfície diurna da Lua, e isso foi confirmado pelo Observatório Estratosférico de Astronomia Infravermelha da NASA [SOFIA] em 2020, "disse Björn Davidsson, um cientista do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA no sul da Califórnia. "Essas observações foram, inicialmente, contra-intuitivo:a água não deveria sobreviver naquele ambiente hostil. Isso desafia nossa compreensão da superfície lunar e levanta questões intrigantes sobre como os voláteis, como gelo de água, pode sobreviver em corpos sem ar. "

Em um novo estudo, Davidsson e a co-autora Sona Hosseini, pesquisador e cientista de instrumentos do JPL, sugerem que as sombras criadas pela "aspereza" da superfície lunar fornecem refúgio para o gelo de água, permitindo que se formasse como geada superficial longe dos pólos lunares. Eles também explicam como a exosfera da Lua (os gases tênues que agem como uma fina atmosfera) pode ter um papel significativo a desempenhar neste quebra-cabeça.

Armadilhas de água e bolsas de gelo

Muitos modelos de computador simplificam a superfície lunar, tornando-o plano e sem características. Como resultado, é frequentemente assumido que a superfície longe dos pólos aquece uniformemente durante o dia lunar, o que tornaria impossível para o gelo de água permanecer na superfície iluminada pelo sol por muito tempo.

Então, como é que a água está sendo detectada na Lua além das regiões permanentemente sombreadas? Uma explicação para a detecção é que as moléculas de água podem estar presas dentro da rocha ou no vidro de impacto criado pelo incrível calor e pressão das colisões de meteoritos. Fundido dentro desses materiais, como esta hipótese sugere, a água pode permanecer na superfície mesmo quando aquecida pelo Sol enquanto cria o sinal que foi detectado pelo SOFIA.

Mas um problema com essa ideia é que as observações da superfície lunar mostram que a quantidade de água diminui antes do meio-dia (quando a luz do sol está em seu pico) e aumenta à tarde. Isso indica que a água pode estar se movendo de um local para outro durante o dia lunar, o que seria impossível se eles estivessem presos dentro de uma rocha lunar ou vidro de impacto.

Davidsson e Hosseini revisaram o modelo de computador para fatorar a rugosidade da superfície aparente nas imagens das missões Apollo de 1969 a 1972, que mostram uma superfície lunar repleta de pedras e marcada por crateras, criando muitas áreas sombreadas, mesmo perto do meio-dia. Ao fatorar essa rugosidade da superfície em seus modelos de computador, Davidsson e Hosseini explicam como é possível que se forme geada nas pequenas sombras e por que a distribuição da água muda ao longo do dia.

Como não há uma atmosfera espessa para distribuir o calor em torno da superfície, extremamente frio, áreas sombreadas, onde as temperaturas podem despencar para cerca de 350 graus Fahrenheit negativos (210 graus Celsius negativos), pode vizinho áreas quentes expostas ao sol, onde as temperaturas podem atingir até 240 Fahrenheit (120 Celsius).

À medida que o Sol segue no dia lunar, a geada superficial que pode se acumular neste frio, as áreas sombreadas são lentamente expostas à luz do sol e entram na exosfera lunar. As moléculas de água então recongelam na superfície, reacumulando como geada em outro frio, locais sombreados.

"Frost é muito mais móvel do que água aprisionada, "disse Davidsson." Portanto, este modelo fornece um novo mecanismo que explica como a água se move entre a superfície lunar e a fina atmosfera lunar. "

Um olhar mais atento

Embora este não seja o primeiro estudo a considerar a rugosidade da superfície ao calcular as temperaturas da superfície lunar, trabalhos anteriores não levaram em consideração como as sombras afetariam a capacidade das moléculas de água de permanecerem na superfície durante o dia como gelo. Este novo estudo é importante porque nos ajuda a entender melhor como a água lunar é liberada em, e removido de, a exosfera da lua.

"Compreender a água como um recurso é essencial para a NASA e os empreendimentos comerciais para a futura exploração lunar humana, "Disse Hosseini." Se houver água disponível na forma de geada nas regiões iluminadas pelo sol da Lua, futuros exploradores podem usá-lo como um recurso para combustível e água potável. Mas primeiro, precisamos descobrir como a exosfera e a superfície interagem e que papel isso desempenha no ciclo. "

Para testar esta teoria, Hosseini está liderando uma equipe para desenvolver sensores ultra-miniaturizados para medir os sinais fracos do gelo de água. O Heterodyne OH Lunar Miniaturized Spectrometer (HOLMS) está sendo desenvolvido para ser usado em pequenos landers estacionários ou rovers autônomos - como o Autônomo Pop-Up Flat Folding Explorer Robot (A-PUFFER) do JPL, por exemplo - que pode ser enviado à Lua no futuro para fazer medições diretas de hidroxila (uma molécula que contém um átomo de hidrogênio e um átomo de oxigênio).

Hidroxil, que é um primo molecular da água (uma molécula com dois átomos de hidrogênio e um átomo de oxigênio), pode servir como um indicador de quanta água pode estar presente na exosfera. Tanto a água quanto a hidroxila podem ser criadas por impactos de meteoritos e por meio de partículas do vento solar que atingem a superfície lunar, portanto, medir a presença dessas moléculas na exosfera da Lua pode revelar quanta água está sendo criada, ao mesmo tempo que mostra como ela se move de um lugar para outro. Mas o tempo é essencial para fazer essas medições.

"A atual exploração lunar por várias nações e empresas privadas indica mudanças artificiais significativas no ambiente lunar em um futuro próximo, "disse Hosseini." Se esta tendência continuar, perderemos a oportunidade de compreender o ambiente lunar natural, particularmente a água que circula pela exosfera imaculada da lua. Consequentemente, o desenvolvimento avançado de ultracompacto, instrumentos de alta sensibilidade são de importância crítica e urgência. "

Os pesquisadores apontam que este novo estudo pode nos ajudar a entender melhor o papel que as sombras desempenham no acúmulo de gelo de água e moléculas de gás além da Lua, como em Marte ou mesmo nas partículas nos anéis de Saturno.

O estudo, intitulado "Implicações da rugosidade da superfície em modelos de dessorção de água na Lua", foi publicado no Avisos mensais da Royal Astronomical Society em 2 de agosto, 2021.