Kuun vedestä varmaa tietoa

Kuu ei ole rutikuiva, vaikka niin on yleisesti uskottu. Viime vuosina useat luotaimet ovat havainneet Kuussa merkkejä vedestä. Ratkaisevat todisteet saatiin, kun Yhdysvaltojen avaruushallinto Nasa lokakuussa 2009 törmäytti Kuuhun 2,2 tonnia painavan Centaur-raketin. Yli 9 000 kilometrin tuntivauhdilla pintaan iskeytynyt raketti osui sadan kilometrin levyiseen Cabeuskraatteriin lähelle Kuun etelänapaa.

Törmäytyspaikka oli valittu huolellisesti, sillä kaasukehättömässä Kuussa vettä voi löytyä ainoastaan hyvin kylmistä paikoista. Cabeuskraatterissa on kohtia, joihin auringonvalo ei yllä koskaan ja joiden lämpötila voi olla jopa −230 astetta. Raketti iskeytyi kraatteriin alle 200 metrin päähän lasketusta kohdasta ja muodosti yli 20 metrin levyisen kuopan.

Eri puolilla maailmaa törmäytystä seuranneet tähtitieteilijät odottivat, että kraatterista nousee vaikuttavan suuri pölypilvi. He kuitenkin joutuivat pettymään, sillä pilvi oli oletettua vaatimattomampi. Sen pystyi rekisteröimään tarkasti vain Lunar Crater Observation and Sensing Satellite eli LCROSS-luotain, joka lensi aivan Centaur-­raketin vanavedessä.

LCROSS-luotaimella oli aikaa tutkia pölypilveä vain muutama minuutti ennen kuin se itse törmäsi Kuun pintaan. LCROSS otti kuvia ja lisäksi sen herkät spektrometrit analysoivat pilven sisältämän pölyn ja kaasun koostumusta. Infrapunaspektrometri löysi jälkiä vedestä ja vesihöyrystä, kun taas ultraviolettispektrometri havaitsi vesimolekyylin osia, hydroksyylimolekyylejä (OH), joita muodostuu, kun vesimolekyyli hajoaa auringonvalossa.

Pölypilven arvioitiin sisältävän noin sata litraa vettä. Määrä on kuitenkin vaatimaton, kun sitä verrataan tuhansien tonnien ainemäärään, joka törmäyksessä sinkoutui Kuun pinnasta.

Vedestä rakettipolttoainetta

Vaikka Kuussa onkin vettä, sitä voidaan silti vielä luonnehtia kuivaksi tai-vaankappaleeksi – se on vain hieman kosteampi kuin maapallon kuivin alue, Chilessä sijaitseva Atacaman autiomaa. Se ei kuitenkaan vähennä uusien vesi­havaintojen merkitystä. Peter Schultz LCROSSin tutkijaryhmästä on todennut: ”Erityisen jännittävää tässä on se, että vettä löytyi heti ensimmäisestä törmäytyskohdasta. Tämä on kuin öljynporausta: heti kun sitä on löytynyt yhdestä paikasta, on aina suurempi mahdollisuus löytää sitä myös ympäristöstä.”

Kuun vesiesiintymät ovat ratkaisevan tärkeitä, kun Kuuhun suunnitellaan pysyvää tukikohtaa. Paitsi että vettä voidaan juoda, sitä voidaan auringonvalon avulla hajottaa hapeksi ja vedyksi ja saada siten rakettipolttoainetta. Tukikohdan käyttökustannukset alenevat huomattavasti, jos avaruusalukset voivat tankata Kuussa niin, ettei niiden tarvitse kuljettaa Maasta kaikkea polttoainetta.

Kylmyys aiheuttaa ongelmia

Kuun veden hyödyntäminen on kuitenkin helpommin sanottu kuin tehty. Jos vesi – tai jää – on keskittynyt napa­kraattereihin, on opittava rakentamaan laitteita, jotka toimivat −230 asteessa.

Tähän asti on oletettu, että ongelma olisi jouduttu­ ratkaisemaan vasta myöhemmin tulevaisuudessa, kun astronautteja ehkä lähetetään Aurinkokunnan ulko-osiin Uranukseen, Neptunukseen tai Plutoon. Jo avaruuspuvun valmistaminen on vaikeaa, koska niin kylmässä melkein kaikki taipuisat aineet muuttuvat hauraiksi ja murtuvat helposti.

Aluksi veden keräämiseen pitäneekin käyttää robotteja. Jalkapallokentän laajuiselta alueelta saadaan vain lasillinen vettä, mutta toisaalta veden hyödyntäminen on suhteellisen yksinkertaista. Jos Kuun pinnan pölyä lämmitetään mikroaalloilla −50 asteeseen, jää höyrystyy. Koska Kuussa ei ole kaasukehää, höyrystyminen tapahtuu näinkin alhaisessa lämpötilassa. Höyry voitaisiin kerätä kuuraksi tai jääksi kylmälle metallilevylle, josta se voidaan raaputtaa talteen.

Mikroaallot voitaisiin tuottaa aurinkoenergialla toimivalla laitteella, joka sijoitettaisiin Auringon valaisemalle kraatterin reunalle. Jos tämä olisi liian vaivalloista, voitaisiin myös sijoittaa ydinreaktori kraatterin pohjalle. Siinäkin tosin on omat ongelmansa, jotka alhainen lämpötila väistämättä aiheuttaa.

Yksi mahdollisuus olisivat myös pienet robotit, jotka kulkisivat edestakaisin Auringon valaiseman Kuun pinnan ja kraatterinpohjan välillä. Tällöin ne vuoroin lataisivat itseensä energiaa Auringosta ja vuoroin noutaisivat vettä.

Kuusta on etsitty vettä aina 40 vuotta sitten tehdyistä miehitetyistä Apollo-lennoista alkaen. ­Tuolloin Maahan tuodut kivinäytteet analysoitiin mahdollisimman tarkkaan. Niistä ei kuitenkaan löydetty mitään veteen viittaavaa. Tähän taas on syynä se, että kaikki Apollo-alukset laskeutuivat lähelle Kuun päivän­tasaajaa, missä lämpötila voi nousta yli 120 asteeseen yhden Kuun päivän aikana, joka vastaa kahta Maan viikkoa.

Luotaimet löysivät merkkejä vedestä

Apollo-lentojen jälkeen Kuuta tutkineet luotaimet, Clementine vuonna 1994 ja Lunar Prospector vuonna 1998, löysivät molemmat jälkiä vedestä. Clementine­ lähetti tutkasignaaleja Kuun napaseutujen kraattereihin. Sen havaitsema kaiku saattoi heijastua vain alueilta, joilla oli jäätä. Lunar Prospector taas analysoi kosmisen säteilyn neutroneja, jotka sinkoutuivat takaisin Kuun pinnalta.

Luotain havaitsi useita hitaita neutroneja, joita ilmeisesti jarrutti törmäys Kuussa esiintyvän veden vetyatomeihin. Kuun pintakerroksen arveltiin sisältävän 1–10 miljardia tonnia vettä. Tästä määrästä huolimatta Kuu luokiteltiin vielä varsin kuivaksi taivaankappaleeksi.

Vuonna 2003 veden etsinnässä koettiin takaisku, kun 300-metrinen Arecibon radioteleskooppi Puerto Ricossa ei voinut vahvistaa Clementinen mittauksia napaseutujen kraattereissa olevasta jäästä.

Sitten asiassa tapahtui taas uusi käänne. Syksystä 2008 kesään 2009 toiminut intialainen luotain Chandrayaan-1 teki Kuun kiertoradalta spektroskooppimittauksia, joissa havaittiin vettä vain muutama kuukausi ennen LCROSS-luotaimen laukaisua. Intialaiset olivat syystäkin ylpeitä: Chandrayaan oli heidän ensimmäinen kuuluotaimensa, mutta se onnistui silti tekemään luotettavimmat havainnot vedestä ennen LCROSSia.

Uusissa, aiempia tarkemmissa analyyseissä on osoittautunut, että myös 40 vuotta vanhat Apollo-näytteet sisältävät hitusen vettä. Joissakin yli kolme miljardia vuotta vanhoissa vulkaanisissa, lasimaisissa pikkukivissä on mitattu jopa 46 ppm (parts per million eli miljoonasosaa) vettä. Se viittaa siihen, että magmassa, josta ne ovat muodostuneet, on ollut jopa 750 ppm:n vesipitoisuus.

Myös Kuun ohi lentäneet luotaimet – Cassini, jonka kohteena oli Saturnus, ja Deep Impact, joka suuntasi Tempel 1 -komeettaan – havaitsivat jälkiä vedestä.

Vesi on ehkä peräisin komeetoista

Kuun veden alkuperästä on esitetty kolme teoriaa. Yhden mukaan ainakin osa jäästä muodostuu aurinkotuulen avulla, joka koostuu erityisesti vedystä. Vety (H) reagoi Kuun pinnan happiatomien (O) kanssa ja muodostaa vettä (H2O).

Toinen teoria lähtee siitä, että Kuussa on ollut vettä sen muodostumisesta alkaen. Teoriaa tukevat Apollo-näytteiden uudet analyysit, mutta toisaalta se on ristiriidassa yleisimmän Kuun syntyteorian kanssa. Jos Kuu on syntynyt Maan ja toisen pienehkön planeetan yhteentörmäyksen tuloksena, on Kuun muodostanut aines ollut niin kuumaa, että Kuussa ei ole voinut säilyä vesihöyryä ja muita helposti höyrystyviä aineita.

Vesimolekyylien lisäksi Kuusta on löydetty useita kevyitä aineita, kuten rikkiä, klooria, fluoria ja hiiltä. LCROSS havaitsi myös hiilivetyjä, kuten etanolia ja metaania. Näitä aineita on tavattu myös komeetoissa, ja ne ovatkin voineet kulkeutua Kuuhun komeettojen mukana.

Uskottavimmin veden alkuperää selittää teoria, jonka mukaan vesi on lähtöisin Kuun pintaan törmänneistä jäi-sistä komeetoista. Törmäysten jälkeen Kuuta on ympäröinyt vesihöyrypilvi. Kun pilvi on joutunut kosketuksiin napaseutujen kylmien kallioiden kanssa, vesihöyry on nopeasti muuttunut jääkiteiksi, jotka ovat asettuneet Kuun pinnalle.

Kaasukehättömässä Kuussa jää höyrystyy vähitellen, mutta kraatterien pohjalla, missä on jopa 230 astetta pakkasta, vesijää saattaa säilyä miljardeja vuosia.