Illustration d’artiste du vaisseau spatial chinois Chang’e 5 de retour d’échantillons lunaires. Crédit : CNSA/NASA
La première mission chinoise de retour d’échantillons lunaires, Chang’e 5, est la cinquième mission d’exploration lunaire du programme chinois d’exploration lunaire, lancée le 23 novembre 2020. Elle s’est posée sur la Lune le 1er décembre 2020, dans l’Oceanus Procellarum Nord, près d’un énorme complexe volcanique, Mons Rümker.
Oceanus Procellarum, qui se traduit en latin par “Océan des tempêtes”, est une vaste mare lunaire – une plaine sombre et basaltique qui a été formée par l’activité volcanique déclenchée par d’anciens impacts d’astéroïdes sur la face cachée de la Lune. Maria (pluriel de mare), qui se traduit en latin par “mers”, a été nommée ainsi parce que les premiers astronomes l’ont prise pour une véritable mer. De même, Oceanus Procellarum a été appelé un océan en raison de sa grande taille, puisqu’il s’étend sur plus de 1 600 miles.
Sur son site d’atterrissage sur Oceanus Procellarum, Chang’e 5 a recueilli plus de 60 oz d’échantillons lunaires à partir d’un noyau d’environ 1,5 m de profondeur. L’Ascendeur Chang’e 5 a décollé de la Lune le 3 décembre et l’Orbiteur/Retourneur a ramené les échantillons sur Terre le 16 décembre 2020. Les scientifiques étudient les échantillons depuis lors.
Ces échantillons de l’Oceanus Procellarum de la Lune, un ancien basalte de la lande dont le nom se traduit par ” Océan des tempêtes “, pourraient désormais calmer au moins une bourrasque scientifique : la source de l’eau lunaire.
L’atterrisseur lunaire chinois Chang’E-5 a fourni la première confirmation définitive, en temps réel et sur place, du signal d’eau dans les roches et le sol du basalte par le biais d’une analyse spectrale embarquée en 2020. Cette découverte a été validée par l’analyse en laboratoire d’échantillons rapportés par l’atterrisseur en 2021. L’équipe de Chang’E-5 a maintenant déterminé d’où venait l’eau.
Les chercheurs ont publié leurs résultats aujourd’hui (14 juin 2022) dans la revue Nature Communications.
” Pour la première fois au monde, les résultats de l’analyse en laboratoire des échantillons de retour lunaire et les données spectrales des relevés in situ de la surface lunaire ont été utilisés conjointement pour examiner la présence, la forme et la quantité d'”eau” dans les échantillons lunaires “, a déclaré l’auteur co-correspondant LI Chunlai des Observatoires astronomiques nationaux de l’Académie chinoise des sciences (NAOC). “Les résultats répondent avec précision à la question des caractéristiques de distribution et de la source de l’eau dans la zone d’atterrissage de Chang’E-5 et fournissent une vérité de terrain pour l’interprétation et l’estimation des signaux d’eau dans les données d’enquête de télédétection.”
Chang’E-5 n’a pas observé de rivières ou de sources lunaires ; l’atterrisseur a plutôt identifié, en moyenne, 30 parties d’hydroxyle par million dans les roches et le sol à la surface de la Lune. Les molécules, composées d’un oxygène et d’un hydrogène atom, are the main ingredient of water, as well as the most common result of water molecules chemically reacting with other matter. Despite representing what LI called the “weak end of lunar hydration features,” hydroxyl is to water what smoke is to fire: evidence.
Schematic diagram of Chang’E-5 in-situ spectral and laboratory sample analysis. Eight hyper-spectra acquired by the onboard spectrometer show 2.85μm absorption. Hydroxyl-containing Apatitesin basalt clast are seen in Back-Scattered Electron Image. Pyroxene (Pyx), Plagioclase (Pl), Ilmenite (Ilm), Troilite (Tro). Credit: CNSA/GRAS
The samples were collected during the hottest part of the Moon’s day, at temperatures nearing 200°F (93°C), when the surface would be at its driest. The timing also coincides with low solar winds, which can contribute to hydration at high enough power.
Even with such dehydrated conditions, the hydrations signals still appeared — so, the researchers asked, where did they come from?
First detected by the lander’s onboard lunar mineralogical spectrometer in 11 rock and soil samples and further confirmed by five additional multi-part laboratory analyses on eight of the samples, the hydroxyl was found to originate from two different sources. A small portion appeared in glassy material made by solar winds interfering with the lunar surface, just as it did in an Apollo 11 sample collected in 1971 and tested in the early 2000s. But the Chang’E-5 sample only contained about a third the amount of solar wind-generated, hydroxyl-containing glass as the Apollo sample.
This suggests that the solar wind still contributed, although weakly, to the hydroxyl contents observed in the Chang’E-5 landing site. The bulk of the hydroxyl in the Chang’E-5 samples was contained in apatite, a crystalline, phosphate-rich mineral naturally found to be on the Moon, as well as Earth.
“This excess hydroxyl is indigenous, demonstrating the presence of lunar-originated internal water in the Chang’E-5 lunar samples, and that water played an important role in the formation and crystallization of the late lunar basaltic magma,” LI said, referring to the composition of Chang’E-5 landing site in the mare basalt of Oceanus Procellarum. “By investigating lunar water and its source, we are learning more about the formation and evolution of not just the Moon itself, but also the solar system. In addition, lunar water is expected to provide support for future human lunar in-situ resources.”
The researchers are planning subsequent lunar explorations with Chang’E-5’s successors, Chang’E-6 and Chang’E-7. According to LI, they will continue researching lunar water via remote sensing, on-site detection and laboratory analysis to better understand the source, distribution, and temporal variation of lunar water, including polar ice.
Reference: “Evidence of water on the lunar surface from Chang’E-5 in-situ spectra and returned samples” by Jianjun Liu, Bin Liu, Xin Ren, Chunlai Li, Rong Shu, Lin Guo, Songzheng Yu, Qin Zhou, Dawei Liu, Xingguo Zeng, Xingye Gao, Guangliang Zhang, Wei Yan, Hongbo Zhang, Lihui Jia, Shifeng Jin, Chunhua Xu, Xiangjin Deng, Jianfeng Xie, Jianfeng Yang, Changning Huang, Wei Zuo, Yan Su, Weibin Wen and Ziyuan Ouyang, 14 June 2022, Nature Communications.
DOI: 10.1038/s41467-022-30807-5
