Wetenschappers spelden de oorsprong vast van de ijle atmosfeer van de maan

2 augustus 2024

Dit artikel is beoordeeld volgens het redactionele proces en beleid van Science X. Redacteuren hebben de volgende attributen benadrukt terwijl ze de geloofwaardigheid van de inhoud garanderen:

• gecontroleerd op feiten
• peer-reviewed publicatie
• betrouwbare bron
• nagelezen

door Jennifer Chu, Massachusetts Institute of Technology

Hoewel de maan geen ademende lucht bevat, heeft het wel een nauwelijks aanwezige atmosfeer. Sinds de jaren 1980 hebben astronomen een zeer dunne laag atomen waargenomen die over het oppervlak van de maan stuiteren. Deze delicate atmosfeer—technisch bekend als een 'exosfeer'—is waarschijnlijk het gevolg van een soort van ruimteweersinvloeden. Maar exact wat die processen zouden kunnen zijn is moeilijk te bepalen met zekerheid.

Nu zeggen wetenschappers van MIT en de Universiteit van Chicago dat ze het belangrijkste proces hebben geïdentificeerd dat de atmosfeer van de maan heeft gevormd en vandaag de dag nog steeds in stand houdt. In een onderzoek dat verschijnt in Science Advances, meldt het team dat de maanatmosfeer voornamelijk een product is van 'impactverdamping'.

In hun onderzoek hebben de onderzoekers monsters van maanbodem geanalyseerd die verzameld zijn door astronauten tijdens de Apollo-missies van NASA.

Uit hun analyse blijkt dat gedurende de 4,5 miljard jaar geschiedenis van de maan zijn oppervlak voortdurend gebombardeerd is, eerst door massieve meteorieten, en later door kleinere, stofgrote 'micrometeorieten'.

Deze constante inslagen hebben de maanbodem opgeworpen, waarbij bepaalde atomen bij contact werden verdampt en de deeltjes in de lucht werden gebracht. Sommige atomen worden de ruimte in geslingerd, terwijl andere blijven zweven boven de maan, waardoor een ijle atmosfeer ontstaat die voortdurend wordt aangevuld doordat meteorieten het oppervlak blijven bombarderen.

De onderzoekers ontdekten dat impactverdamping het belangrijkste proces is waardoor de maan gedurende miljarden jaren zijn extreem dunne atmosfeer heeft gegenereerd en in stand heeft gehouden.

'We geven een definitief antwoord dat meteorietimpactverdamping het dominante proces is dat de maanatmosfeer creëert,' zegt de hoofdauteur van het onderzoek, Nicole Nie, een assistent-professor aan de Afdeling Aard-, Atmosferische en Planetaire Wetenschappen van MIT.

'De maan is bijna 4,5 miljard jaar oud, en gedurende die tijd is het oppervlak voortdurend gebombardeerd door meteorieten. We tonen aan dat uiteindelijk een dunne atmosfeer een stabiele toestand bereikt omdat deze voortdurend wordt aangevuld door kleine inslagen overal op de maan.'

De coauteurs van Nie zijn Nicolas Dauphas, Zhe Zhang en Timo Hopp aan de Universiteit van Chicago, en Menelaos Sarantos bij NASA Goddard Space Flight Center.

In 2013 stuurde NASA een ruimtesonde rond de maan voor gedetailleerde atmosferische verkenning. De Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer (LADEE, uitgesproken als 'laddie') kreeg de taak om op afstand informatie te verzamelen over de dunne atmosfeer van de maan, oppervlaktecondities en eventuele milieu-invloeden op het maanstof.

De missie van LADEE was ontworpen om de oorsprong van de atmosfeer van de maan vast te stellen. Wetenschappers hoopten dat de remote metingen van de sonde van bodem en atmosferische samenstelling zouden correleren met bepaalde ruimteweerverwerkingsprocessen die dan zouden kunnen verklaren hoe de atmosfeer van de maan tot stand is gekomen.

Onderzoekers vermoeden dat twee ruimteweerverwerkende processen een rol spelen bij het vormgeven van de maanatmosfeer: impactverdamping en 'ionenverstuiving'—een fenomeen waarbij zonnewind, die energieke geladen deeltjes van de zon door de ruimte draagt, betrokken is. Wanneer deze deeltjes het oppervlak van de maan raken, kunnen ze hun energie overdragen aan de atomen in de bodem en die atomen sputterend en vliegend de lucht in sturen.

'Op basis van de gegevens van LADEE leek het erop dat beide processen een rol spelen,' zegt Nie.

'Bijvoorbeeld, het toonde aan dat tijdens meteorietregens, er meer atomen in de atmosfeer te zien zijn, wat betekent dat inslagen een effect hebben. Maar het toonde ook aan dat wanneer de maan wordt afgeschermd van de zon, zoals tijdens een eclips, er ook veranderingen zijn in de atomen in de atmosfeer, wat betekent dat de zon ook invloed heeft. Dus, de resultaten waren niet duidelijk of kwantitatief.'

Om de oorsprong van de maanatmosfeer nauwkeuriger te bepalen, keek Nie naar monsters van maanbodem die tijdens NASA's Apollo-missies door astronauten werden verzameld. Zij en haar collega's aan de Universiteit van Chicago verkregen 10 monsters van maanbodem, elk met een geschatte grootte van ongeveer 100 milligram—een kleine hoeveelheid die zij schat in één regendruppel zou passen.

Nie probeerde eerst twee elementen uit elk monster te isoleren: kalium en rubidium. Beide elementen zijn 'vluchtig', wat betekent dat ze gemakkelijk worden verdampt door inslagen en ionenverstuiving.