Månens yta avslöjad som effektiv källa till negativa joner / Moon’s surface revealed as an efficient source of negative ions
Väteatomer som träffar månens yta kan studsa tillbaka ut i rymden i stället för att fastna i månens jord. Många av dem lämnar ytan med en negativ laddning. Det visar ny forskning av Romain Canu-Blot, baserad på mätningar från ett instrument som studerat partiklars växelverkar med månytan.
Under sina doktorandstudier vid Institutet för rymdfysik (IRF) i Kiruna och Umeå universitet studerade Romain regoliten – det lösa, ofta finkorniga material som täcker ytan på himlakroppar som månar, kometer och asteroider. Ett sätt att undersöka regoliten är att analysera vad som händer när atomer från solvinden träffar månytan.
Som en del av sin forskning var Romain starkt involverad i utvecklingen, monteringen och kalibreringen av partikelinstrumentet NILS (Negative Ions on the Lunar Surface) vid IRF i Kiruna. NILS utformades för att mäta negativa joner och elektroner vid månens yta. I juni 2024 landade NILS på månen som en del av Kinas Chang’e-6-uppdrag och lyckades för första gången mäta negativa vätejoner vid månens yta.
“Att bygga instrumentet och analysera mätningarna gav oss en unik möjlighet att studera hur partiklar växelverkar med månens yta direkt på plats. De här mätningarna hjälper oss att förstå processer som sker på de himlakroppar i solsystemet som saknar atmosfär,” säger Romain.
När partiklar med låg energi träffar en fast yta, som månens regolit, kan flera olika saker hända. Partiklarna kan fastna på ytan, studsa tillbaka ut i rymden eller slå loss atomer från regoliten.
För att förstå dessa processer utvecklade Romain en ny kvantitativ fysikalisk modell som beskriver hur partiklar studsar mot ytor och hur atomer slås loss. Modellen testades med hjälp av mätningar som samlats in direkt på månen.
Med hjälp av statistiska metoder, så kallad Bayesiansk inferens, visar han att väteatomer som lämnar månens yta förvånansvärt ofta är negativt laddade. Väteatomer med energier på några hundra elektronvolt studsar också ungefär dubbelt så ofta tillbaka ut i rymden som de slår loss andra atomer från ytan.
Romain Canu-Blot, född i Frankrike, försvarar sin doktorsavhandling “Observing Solar Wind Interacting with Regolith” den 23 mars klockan 09.00 i aulan vid IRF i Kiruna. Opponent är professor Dr. Ing. Ralf Srama från Universität Stuttgart i Tyskland.
Kontakt:
Romain Canu-Blot, doktorand, Institutet för rymdfysik, Kiruna, och Umeå Universitet, romain.canu-blot@irf.se
*** ENG ***
Hydrogen atoms hitting the Moon’s surface may bounce back into space instead of sticking to the lunar soil. Many of them leave the surface carrying a negative charge. This result comes from the doctoral research by Romain Canu-Blot, based on measurements from an instrument designed to study how particles interact with the Moon’s surface.
During his doctoral studies at the Swedish Institute of Space Physics (IRF) in Kiruna and Umeå University, Romain studied regolith – the loose often fine grained rocky material covering the surfaces of planetary bodies such as moons, comets and asteroids. One way to study regolith is by examining the products of its interactions with incident atomic particles, for example from precipitating solar wind.
As part of his research, Romain was deeply involved in the design, assembly and calibration of the particle instrument NILS (Negative Ions on the Lunar Surface) at IRF. NILS was designed to measure negative ions and electrons at the lunar surface. In June 2024, NILS landed on the Moon as part of China’s Chang’e-6 mission and successfully detected for the first time negative hydrogen ions on the lunar surface.
“Building the instrument and analysing the data gave us a rare opportunity to study how particles interact with the Moon’s surface in situ. These measurements help to understand processes that occur on many atmosphereless bodies in the solar system,” says Romain.
When low-energy particles impact a solid surface such as lunar regolith, several things can happen. The particles can stick to the surface, bounce back into space, or knock atoms out of the regolith material.
To understand these processes, Romain developed a new quantitative physical model describing how particles are reflected from surfaces and how atoms are ejected. He tested the model using measurements collected directly at the Moon.
Using statistical methods known as Bayesian inference, he shows that hydrogen atoms leaving the Moon’s surface are surprisingly often negatively charged. Hydrogen atoms with energies of a few hundred electron-volts are also about twice as likely to directly bounce back into space as they are to eject secondary atoms from the surface.
Romain Canu-Blot, born in France, will defend his doctoral thesis “Observing Solar Wind Interacting with Regolith” at 09.00 on March 23 in the auditorium at IRF in Kiruna. The opponent is Professor Dr.-Ing. Ralf Srama from the University of Stuttgart, Germany.
Contact:
Romain Canu-Blot, PhD student, Swedish Institute of Space Physics, Kiruna, and Umeå University, romain.canu-blot@irf.se