Kuuntele kuuta ja löydä jäät piilossa pinnan alla helposti

Kuvittele salakuuntelevasi Kuuta ja löytäväsi jäätyneen vesivaraston. Omituista, eikö vain? Tämä on kuitenkin juuri se keino, jota joukko geofyysikoita ehdottaa: kuuntele, miten maa värähtelee, niin saatat löytää vettä paikoista, joissa kaukoputket ja tutka eivät yllä.

Marylandin yliopiston, Lawrence Berkeley National Laboratoryn ja Havaijin yliopiston tutkijat väittävät, että seismiset aallot, samat värähtelyt joita käytämme maanjäristysten tutkimiseen Maassa, kantavat tunnusomaisia merkkejä kulkiessaan jääisen kuunpohjan läpi. Avain on kovuus. Jää tekee regoliitista jäykempää. Se muuttaa värähtelyiden kulkua: ne nopeutuvat, heijastuvat enemmän ja joskus palautuvat takaisin kuin akustinen kaiku piilotetusta seinämästä.

Miten he päätyivät tähän johtopäätökseen? Kerrostamalla kolme hyvin erilaista todistusaineistoa, kunnes ne yhtyivät samaan kuvioon. Kivimateriaalilaboratoriossa tutkija murskasi Arizonan vulkaanista kiveä pölyksi, joka jäljittelee kuunpohjaa, pakasti sen ja seurasi röntgensäteillä, mihin jää kertyi pienten huokosten sisälle. Samanaikaisesti lämpömallit kartoittivat Etelänavan kylmäpesät, kraatterit jotka ovat olleet varjossa miljardeja vuosia ja ovat otollisia frostin säilymiselle. Lopuksi tietokonesimulaatiot lähettivät mallikuujäristyksiä virtuaalikerrosten läpi katsoakseen, miten seismiset signaalit muuttuisivat.

Kuva Kuun Hayn-kraatterista, jonka on ottanut NASA:n Lunar Reconnaissance Orbiter -luotain. Vesijää saattaa olla piilossa syvällä samanlaisissa kuunkraattereissa. 

Kokeissa, malleissa ja simulaatioissa tulos oli yhdenmukainen: seismiset aallot kulkevat selvästi nopeammin jäärikkaiden kerrostumien läpi, ja kuivan ja jäätyneen kerroksen rajapinnat tuottavat voimakkaita heijastuksia. Yksinkertaisesti sanottuna: jos sijoitat herkän seismometrin oikeaan paikkaan, voit paitsi havaita hautautuneen jään myös arvioida, kuinka paksu tai yhtenäinen esiintymä on.

Seismiset signaalit voivat paljastaa jäätä kaksi tai kolme kertaa syvemmältä kuin kiertoradalla olevat anturit pystyvät tutkimaan.

Miksi tämä on tärkeää? Koska kaikkein hyödyllisin vesi Kuussa saattaa olla lukittuna kuivaan pölykerrokseen ja täysin näkymätöntä kiertoradatiedoille. Tuleville tutkimusmatkailijoille tuo hautautunut jää on enemmän kuin tieteellinen kuriositeetti. Sulatettuna ja puhdistettuna siitä saadaan juomavettä. Eroteltuna vedyksi ja hapeksi siitä saadaan rakettipolttoainetta ja hengitettävää ilmaa, mikä vähentää Maasta tuotavien raskaiden tarvikkeiden tarvetta ja tekee pitkäkestoisesta tutkimuksesta käytännöllisempää.

On myös toinen, hiljaisempi hyöty: aikakapselit. Pysyvästi varjostetut kraatterit toimivat kuin syvä pakastin haihtuville molekyyleille. Siellä vangittu jää voi kantaa kemiallisia sormenjälkiä varhaisesta aurinkokunnasta, myös vihjeitä siitä, miten vesi saapui sisemmille planeetoille. Niiden tallenteiden avaaminen voisi kirjoittaa uudelleen osan Kuun roolista Maan vesisten alkujen historiassa.

Käytännön testit saattavat tulla nopeammin kuin luulet. Kiinan Chang'e-7 -missio, joka on suunniteltu laskeutumaan lähelle Shackletonin kraatteria, odotetaan kantavan seismometriä, joka kykenee etsimään ennustettuja signaaleja. Nasan Artemis-ohjelma, joka tähtää miehitettyihin retkiin Etelänavalle vuoteen 2028 mennessä, vie mukanaan instrumentteja kuten Lunar Environmental Monitoring Stationin, suunniteltuna kuujäristyksiä kuuntelemaan. Maasta tulevien mittausten ja tarkentuneiden seismisten ennusteiden yhdistelmä voisi vahvistaa, vastaavatko kaikut malleja.

Joten mihin tämä meidät jättää? Uusi havaintostrategia on pöydällä: yhdistä kohdennetut seismometrit lämpökarttoihin todennäköisten esiintymien paikantamiseksi, ja anna Kuun omien tärinöiden, luonnollisten tai aiheutettujen, paljastaa, mitä piilee alla. Se on vanha tekniikka uudella alueella käytettynä, ja jos se toimii, muuttaa se kuun pinnan sekä arkistoksi että ruokavarastoksi tutkijoille ja tutkimusmatkailijoille.

Kuunteleminen saattaa osoittautua yksinkertaisimmaksi tavaksi löytää se, mitä näköaisti ei näe: jäätynyt vesi, joka odottaa hiljaisesti Kuun pimeissä halkeamissa.