Lunární geologie: Kolik je na Měsíci vody a bude ji možné těžit?

I když se na novodobých mapách Měsíce objevují jména zálivů, jezer, mysů, bažin, moří, a dokonce i jednoho oceánu, na samotném lunárním povrchu se samozřejmě žádné vodní plochy nerozkládají. Měsíční moře totiž představují pouhý pozůstatek pojmenování, která do prvních map zanesl v roce 1645 holandský kartograf Michael Florent van Langren. Domníval se, že tmavé oblasti vyplňuje voda, a proto je nazval moři. Od té doby se vodní plochy, tak trochu omylem, na mapách Měsíce zabydlely a přetrvaly v nich dodnes.

I nejzarputilejší zastánce vodních ploch na Měsíci pak pozdější pozorování přesvědčila, že na jeho povrchu žádná voda není (chybějí odlesky Slunce od vodní hladiny), a ani být nemůže (chybí hustá atmosféra). Zbývala však otázka, zda se nevyskytuje vázaná alespoň v lunárních minerálech. Odpověď se snažily najít už analýzy hornin dovezených misí Apollo 11, které významný český planetolog Mojmír Eliáš shrnul v roce 1969 následovně: „Měsíční horniny ani minerály, které je tvoří, neobsahují vodu v jakékoliv formě, ačkoliv se její stanovení provádělo velmi citlivými přístroji.“ 

Díky mnohem přesnějším metodám však později vědci vodu v lunárním materiálu přece jen našli. Tým vedený Albertem Saalem z americké Brown University publikoval v roce 2008 zprávu o detekci vodních molekul v sopečných sklech, obsažených ve vzorcích hornin analyzovaných již dříve v rámci programu Apollo. Nový rozbor odhalil až 46 ppm neboli miliontin vodíku, což se nacházelo pod hranicí rozlišení pomocí předchozích metod. Zjištěné množství je však natolik nepatrné, že bychom ze 100 kilogramů kamenů obsahujících zmíněná sopečná skla získali sotva jednu kapku vody. Přesto zmíněný objev odborníky zaskočil: Dřív se totiž předpokládalo, že Měsíc v počátečním stadiu vývoje veškerou „životodárnou tekutinu“ ztratil.

Zóny věčné tmy

Zatímco objev vody v sopečných sklech zaujal jen hrstku geologů, jiný její potenciál­ní zdroj na Měsíci vzbudil mnohem větší rozruch. Jednalo se totiž o rezervoár, který by se mohl stát příslibem využitelného množství vody i pro budoucí kolonizátory. Tři američtí vědci jej předpověděli už v roce 1961: Vycházeli z faktu, že se rotační osa našeho souputníka sklání vůči Slunci zhruba jen o 1,5°, a některé krátery v okolí lunárních pólů by tudíž mohly setrvávat v permanentním stínu. Říká se, že „kam nechodí Slunce, tam chodí lékař“, ale v případě Měsíce by mohlo prostředí bez slunečního svitu naopak znamenat vhodné místo pro jeden ze základních pilířů života. Voda se mohla na náš přirozený satelit dostat při dávných srážkách s kometárními jádry a v trvale zastíněných oblastech se ve zmrzlé formě uchovat dodnes.

Zóny věčné tmy se ovšem dlouho objevovaly jen v představách vědců a na stránkách sci-fi románů – konkrétně do roku 1994, kdy jejich existenci potvrdila americká sonda Clementine. Odtud už pak zbýval jen krůček k prvním indiciím o výskytu vodního ledu: V roce 1998 jiná americká sonda, Lunar Prospector, pomocí neutronového spektrometru „ohmatala“ oblasti lunárních pólů a zjistila tam přítomnost vodíku. Důkazy se zdály tak přesvědčivé, že vedoucí mise Alan Binder dokonce na tiskové konferenci v březnu 1998 prohlásil: „Můžeme říct, že voda na Měsíci je. Na to klidně vsadím svůj dům. Zatím ale nevíme, kolik jí tam je.“ V denním tisku tak poprvé zazněly zprávy o objevu vodního ledu v okolí lunárních pólů, stále ovšem nešlo o jednoznačné potvrzení výskytu vody na Měsíci. 

Přítomnost vodního ledu se nepodařilo prokázat ani experimentem, při němž byl Lunar Prospector v závěru své mise nasměrován rovnou do „podezřelých“ lokalit u jižního pólu. Odborníci doufali, že sonda při nárazu vymrští obrovskou fontánu prachu a vodních par, které by se daly detekovat ze Země. Žádný z pozemních přístrojů však ve chvíli dopadu nezaznamenal nic mimořádného. O potvrzení výskytu vodního ledu na Měsíci se v roce 2006 pokusil i velký radioteleskop Arecibo a o rok později také japonská sonda SELENE. Ani v jednom případě jsme ovšem nezískali jednoznačné výsledky.

Honba za důkazy

Více světla do lunární tmy měl vnést následující americký experiment: 18. června 2009 se k Měsíci vydala dvojice sond Lunar Reconnaissance Orbiter alias LRO a Lunar Crater Observation and Sensing Satellite neboli LCROSS. První z nich měla za úkol detailní mapování zemského souputníka a úspěšně jej plní dodnes, zatímco druhá se měla zřítit do oblasti jižního lunárního pólu, aby tak vyvrátila či potvrdila přítomnost vodního ledu. Devátého října zmíněného roku tedy do kráteru Cabeus nejprve dopadl rychlostí devíti tisíc kilometrů za hodinu urychlovací stupeň Centaur. Při nárazu byl přitom vyvržen oblak prachu, jímž vzápětí prolétla sonda LCROSS – a mohla tak analyzovat jeho složení dřív, než se sama zřítila na povrch.

Zhruba měsíc po uskutečnění experimentu vydala NASA prohlášení o výsledcích měření. Ukázalo se, že přístroje na palubě sondy zachytily hned dva oblaky zvířeného prachu. První vyletěl výš a obsahoval vodní páru i jemný prach, kdežto druhý zahrnoval víc těžšího materiálu. V mračnu se podařilo detekovat nejméně 95 litrů vodních par – a lunární „vodní“ svět se tak opět ocitl na předních stránkách novin. Vědecký tým totiž potřeboval výsledky mise zviditelnit, a vyslal proto do světa zprávu, kterou většina médií publikovala s náležitě bombastickým titulkem. Teprve pod čarou našel pozorný čtenář informaci, kterou zdůrazňovala například geoložka Carle Pietersová z Brown University. Nejednalo se totiž o přímou detekci vody, nýbrž pouze molekul vody a hydroxylu, jež může obsahovat i obyčejný lunární prach. 

Na definitivní potvrzení přítomnosti vodního ledu v polárních oblastech Měsíce jsme si proto museli počkat až do roku 2018, kdy geolog Shuai Li a jeho tým publikovali data z indického Čandrajánu-1. Šlo o měření uskutečněná americkým přístrojem Moon Mineralogy Mapper na palubě zmíněné sondy. Vědci z Brown University zjistili hned tři specifické znaky přítomnosti vody v pevném skupenství, takže o existenci vodního ledu již nebylo pochyb. Radarová pozorování sond ho v oblastech pólů odhalila v množství nejméně 600 milionů tun, což by stačilo k naplnění více než 200 tisíc olympijských plaveckých bazénů. Jedná se přitom o střízlivý odhad, protože měření omezoval výkon radarů na palubě LRO a Čandrajánu-1. Můžeme tedy očekávat, že nové mise s výkonnějšími přístroji detekují vodního ledu ještě víc.

Překvapivé zjištění

V roce 2009 však vědci pojali podezření, že by se voda mohla vyskytovat i mimo zóny věčné tmy. Šlo jednak o dřív zpochybňovanou detekci jejích molekul přímo na povrchu Měsíce prostřednictvím sondy Cassini směřující k Saturnu a také o zjištění amerického spektrometru na indickém Čandrajánu-1.

Z uvedených měření se ovšem ještě nedalo určit, zda se jedná přímo o vodu neboli H₂O, či jen o hydroxyl OH vázaný v povrchových minerálech. Pomocí stratosférické observatoře SOFIA na palubě speciálně upraveného Boeingu 747SP nicméně odborníci zjistili přítomnost vody i v osvětlených částech Měsíce a své výsledky publikovali v říjnu 2020.

„Životodárnou tekutinu“ se podařilo detekovat například v kráteru Clavius, a to v koncentraci jedné kapky zhruba na 125–500 litrů lunárního prachu, což je však stokrát méně než na Sahaře. Vodní led se v popsaném měsíčním regionu nejspíš nachází mezi prachovými zrny, takže je chráněný před vlivy okolního prostředí. V oblastech čelících přímému slunečnímu záření ovšem nemohou molekuly vody setrvávat dlouho, proto se tam musejí nějakým způsobem vytvářet. A otázka zní, jak. Vědci dnes přitom disponují už celou řadou indicií, že za jejich vznikem stojí interakce slunečního větru s nejsvrchnější částí lunárního povrchu. 

Vzhůru k pólům!

I když množství vody vázané v hydratované horní vrstvě měsíčního povrchu není zanedbatelné – konkrétně se jí na celém tělese nachází do hloubky jednoho metru odhadem přes milion tun – jde o stěží využitelný zdroj. Nejenže je tamní koncentrace mnohem menší než na pólech, ale také se v průběhu lunárního dne výrazně mění. V hledáčku budoucích kolonizátorů tudíž zůstávají především polární regiony – a do jejich zkoumání už se zapojila celá řada misí. K dispozici tak máme interaktivní fotografické mapy pólů s rozlišením až dva metry na pixel, topografické mapy trvale zastíněných oblastí i mapy zobrazující místa, kde bychom měli očekávat nejvyšší koncentrace vodního ledu.