Väteatomer – ett nytt sätt att studera månen

Man vet att månens yta består av oregelbundna dammkorn. En partikel som slår ned på ytan borde studsa mellan dessa korn och fastna. Men de nya rönen visar att en av fem protoner från solvinden som träffar månens yta studsar tillbaka. Protonen plockar upp en elektron och blir en neutral väteatom.

”Det här var helt oväntat,” säger Stas Barabash vid Institutet för rymdfysik i Kiruna som är den europeiska huvudexperimentatorn för instrumentet SARA (Sub-keV Atom Reflecting Analyzer) vars mätningar ledde till upptäckten.

”Det är en fantastisk upptäckt inom planetforskning, och i synnerhet för månforskning,” säger Anil Bhardwaj från Space Physics Laboratory, Vikram Sarabhai Space Centre, Trivandrum, som är indisk ansvarig för instrumentet. SARA är ett av tre instrument som den europeiska rymdstyrelsen ESA bidrog med till Chandrayaan-1, månsonden som slutade sitt uppdrag i augusti 2009, och byggdes gemensamt av forskargrupper från Sverige, Indien, Japan och Schweiz.

Även om Barabash och kollegor inte vet vad som gör att månen beter sig som en spegel för väteatomer, så banar upptäckten väg för att ta nya typer av bilder av månens yta. Eftersom väteatomerna studsar tillbaka med en hastighet kring 200 km/s påverkas de knappt av månens svaga gravitation, och eftersom atomerna är oladdade påverkas de ej heller av magnetiska fält i rymden. Så atomerna flyger i räta linjer från månens yta, liksom fotonerna i ljus. Varje detekterad atom kan i princip spåras tillbaka till sin källa på ytan och en bild av ytan kan skapas. Områden som sänder ut mest väteatomer kommer att vara mest ljusstarka.

Barabash och hans forskningsgrupp analyserar just nu mätdata för att se om de kan generera sådana bilder, de första någonsin, för att leta efter s k magnetiska anomalier. Även om månen inte har något globalt magnetfält så är berggrunden i vissa områden magnetiserad. Där skapas magnetiska bublor som avböjer inkommande protoner till närliggande områden. I en bild med väteatomer kommer de magnetiska områdena därför vara ljussvaga.

De inkommande protonerna är en del av solvinden, ett konstant flöde av partiklar från solen. De kolliderar med varje objekt i solsystemet, men stoppas oftast av objektets atmosfär. Vid objekt utan en skyddande atmosfär, som vid asteroider och Merkurius, slår protonerna ner på ytan. Forskarna som arbetar med SARA förväntar sig att även dessa himlakroppar reflekterar en stor andel av protonerna, i form av väteatomer.

Den här kunskapen kommer lägligt för forskare och ingenjörer som förbereder sig för ESA:s sond till Merkurius, BepiColombo. Den sonden kommer att ha två instrument ombord liknande SARA och kommer kanske att finna att den innersta planeten reflekterar mer väte än månen eftersom solvinden är tätare närmare solen. Under tiden analyserar SARA-forskarna mätdata från månen för att bättre förstå varför månen reflekterar väteatomer så effektivt.

Instrumentet SARA byggdes gemensamt av Institutet för rymdfysik, Kiruna; Vikram Sarabhai Space Centre, Trivandrum, Indien; University of Bern, Schweiz; och Institute of Space and Astronautical Science, Sagamihara, Japan.

Vetenskaplig information:

Artikeln ”Extremely high reflection of solar wind protons as neutral hydrogen atoms from regolith in space” av Martin Wieser, Stas Barabash, Yoshifumi Futaana, Mats Holmström, Anil Bhardwaj, R. Sridharan, M.B. Dhanya, Peter Wurz, Audrey Schaufelberger, Kazushi Asamura kommer att publiceras i tidskriften Planetary and Space Science och finns redan tillgänglig på webben: Planetary and Space Science (2009), doi: 10.1016/j.pss.2009.09.1210 http://dx.doi.org/10.1016/j.pss.2009.09.012

Kontaktinformation
* Dr Martin Wieser, IRF, tel. +46-980-79198, wieser@irf.se
* Prof. Stas Barabash, IRF, tel. +46-980-79122, stas@irf.se
* Rick McGregor, Informationsansvarig, IRF, tel. +46-980-79178, rick@irf.se