De uitbarstingen hebben mogelijk verschillende tijdelijke atmosferen veroorzaakt
De Schrödingerkrater (afgebeeld) ligt in de buurt van de zuidpool van de maan. IJs kan bij beide maanpolen zijn aangekomen als waterdamp die is vrijgekomen door oude vulkaanuitbarstingen.
Vier miljard jaar geleden stroomde lava op de korst van de maan en etste de man in de maan die we vandaag zien. Maar de vulkanen hebben misschien ook een veel koudere erfenis achtergelaten: ijs.
Twee miljard jaar aan vulkaanuitbarstingen op de maan hebben mogelijk geleid tot de creatie van vele kortstondige atmosferen, die waterdamp bevatten, suggereert een nieuwe studie. Dat damp kan door de atmosfeer zijn getransporteerd voordat het zich als ijs op de polen bezinkt, rapporteren onderzoekers in de mei Planetair wetenschappelijk tijdschrift.
Sinds het bestaan van maanijs in 2009 werd bevestigd, hebben wetenschappers gedebatteerd over de mogelijke oorsprong van water op de maan, waaronder asteroïden, kometen of elektrisch geladen atomen die door de zonnewind worden gedragen (SN: 13-11-09). Of mogelijk is het water op de maan zelf ontstaan, als damp die werd uitgebraakt door de uitbarsting van vulkaanuitbarstingen van 4 miljard tot 2 miljard jaar geleden.
“Het is een heel interessante vraag hoe die vluchtige stoffen [such as water] kwam daar”, zegt Andrew Wilcoski, een planetaire wetenschapper aan de Universiteit van Colorado Boulder. “We hebben nog steeds niet echt een goede greep op hoeveel het er zijn en waar ze precies zijn.”
Wilcoski en zijn collega’s besloten om te beginnen met het aanpakken van de levensvatbaarheid van vulkanisme als bron van maanijs. Tijdens de hoogtijdagen van het maanvulkanisme vonden er ongeveer eens in de 22.000 jaar uitbarstingen plaats. Ervan uitgaande dat H2O vormde ongeveer een derde van de vulkaanuitbarstingsgassen – gebaseerd op monsters van oud maanmagma – de onderzoekers berekenen dat de uitbarstingen in totaal meer dan 20 biljard kilogram waterdamp vrijgaven, of het volume van ongeveer 25 Lake Superiors.
Een deel van deze damp zou in de ruimte verloren zijn gegaan, omdat zonlicht watermoleculen afbrak of de zonnewind de moleculen van de maan blies. Maar bij de ijskoude polen zouden sommigen als ijs aan het oppervlak kunnen blijven plakken.
Om dat te laten gebeuren, zou de snelheid waarmee de waterdamp in ijs condenseerde echter hoger moeten zijn dan de snelheid waarmee de damp aan de maan ontsnapte. Het team gebruikte een computersimulatie om deze tarieven te berekenen en te vergelijken. De simulatie hield rekening met factoren zoals oppervlaktetemperatuur, gasdruk en het verlies van wat damp door louter vorst.
Ongeveer 40 procent van de totale uitbarsting van waterdamp zou zich als ijs kunnen hebben opgehoopt, met het meeste van dat ijs aan de polen, ontdekte het team. In de loop van miljarden jaren zou een deel van dat ijs weer in damp zijn omgezet en naar de ruimte zijn ontsnapt. De simulatie van het team voorspelt de hoeveelheid en verdeling van ijs dat overblijft. En het is geen klein bedrag: deposito’s kunnen op hun dikste punt honderden meters bereiken, waarbij de zuidpool ongeveer twee keer zo ijzig is als de noordpool.
De resultaten komen overeen met een al lang bestaande veronderstelling dat ijs domineert aan de polen omdat het vast komt te zitten in koude vallen die zo koud zijn dat ijs miljarden jaren bevroren blijft.
maan ijs
Deze resultaten van een computersimulatie tonen de potentiële huidige verdeling en dikte van ijs op de maanpolen na vulkaanuitbarstingen 4 miljard tot 2 miljard jaar geleden. De zuidpool (links) houdt meer ijs vast omdat het meer koudevallen heeft dan de noordpool (rechts). De stippellijnen geven de lengte- en breedtegraad weer.
Potentiële ijsafzettingen op de polen van de maan
“Sommige plaatsen aan de maanpolen zijn zo koud als Pluto”, zegt planetaire wetenschapper Margaret Landis van de University of Colorado Boulder.
Waterdamp uit vulkanen die naar de polen reist, hangt echter waarschijnlijk af van de aanwezigheid van een atmosfeer, zeggen Landis, Wilcoski en hun collega Paul Hayne, ook een planetaire wetenschapper aan de Universiteit van Colorado Boulder. Een atmosferisch transitsysteem zou watermoleculen in staat hebben gesteld om rond de maan te reizen, terwijl het ook moeilijker voor hen was om de ruimte in te vluchten. Elke uitbarsting veroorzaakte een nieuwe atmosfeer, geven de nieuwe berekeningen aan, die vervolgens ongeveer 2500 jaar bleef hangen voordat ze verdween tot de volgende uitbarsting, zo’n 20.000 jaar later.
Dit deel van het verhaal is het meest boeiend voor Parvathy Prem, een planetaire wetenschapper aan het Johns Hopkins Applied Physics Laboratory in Laurel, Maryland, die niet betrokken was bij het onderzoek. “Het is een heel interessante verbeeldingskracht… Hoe creëer je vanaf het begin sferen? En waarom gaan ze soms weg?” ze zegt. “Het poolijs is een manier om erachter te komen.”
Als maanijs als waterdamp uit vulkanen werd uitgebraakt, zou het ijs een herinnering kunnen bewaren aan die tijd van lang geleden. Zwavel in het poolijs zou bijvoorbeeld aangeven dat het afkomstig was van een vulkaan in plaats van bijvoorbeeld een asteroïde. Toekomstige maanmissies zijn van plan om te boren naar ijskernen die de oorsprong van het ijs zouden kunnen bevestigen.
Het zoeken naar zwavel zal belangrijk zijn bij het nadenken over maanbronnen. Deze waterreserves zouden ooit door astronauten kunnen worden geoogst voor water of raketbrandstof, zeggen de onderzoekers. Maar als al het maanwater is verontreinigd met zwavel, zegt Landis, “is dat behoorlijk belangrijk om te weten als je van plan bent een rietje mee te nemen naar de maan.”
