Najnowsza analiza z NASALunar Reconnaissance Orbiter ujawnia, że osady lodu na Księżycu są bardziej rozpowszechnione, niż wcześniej sądzono, i rozciągają się na co najmniej 77 stopni szerokości geograficznej południowej.
To odkrycie, kluczowe dla przyszłych misji księżycowych, sugeruje, że te pokłady lodu mogą potencjalnie wspierać życie ludzkie i produkcję paliwa rakietowego. Nowe odkrycia dostarczają również szczegółowych map i wglądu w konkretne obszary księżycowe, w których najprawdopodobniej występuje lód, na podstawie ich warunków środowiskowych i topografii.
Rozległe pokłady lodu na Księżycu
Według nowej analizy danych z misji NASA LRO (Lunar Reconnaissance Orbiter), złoża lodu w księżycowym pyle i skałach (regolicie) są bardziej rozległe, niż wcześniej sądzono. Lód byłby cennym zasobem dla przyszłych wypraw księżycowych. Wodę można wykorzystać do ochrony przed promieniowaniem i wspierać ludzkich odkrywców lub rozbić ją na wodór i tlen, aby wytworzyć paliwo rakietowe, energię i powietrze do oddychania.
Wcześniejsze badania wykazały oznaki lodu w większych, trwale zacienionych obszarach (PSR) w pobliżu księżycowego bieguna południowego, w tym w obszarach w obrębie kraterów Cabeus, Haworth, Shoemaker i Faustini. W nowej pracy: „Odkryliśmy, że istnieją powszechne dowody na obecność lodu wodnego w PSR poza biegunem południowym, w kierunku co najmniej 77 stopnia szerokości geograficznej południowej” – powiedział dr Timothy P. McClanahan z należącego do NASA Centrum Lotów Kosmicznych Goddarda w Greenbelt w stanie Maryland: i główny autor artykułu na temat tych badań opublikowanego 2 października w czasopiśmie „ Dziennik nauk planetarnych.
Nowe spostrzeżenia z rekonesansu Księżyca
Badanie dodatkowo pomaga planistom misji księżycowych, dostarczając mapy i identyfikując cechy powierzchni, które pokazują, gdzie jest prawdopodobne, a gdzie mniej prawdopodobne jest znalezienie lodu, wraz z dowodami wyjaśniającymi, dlaczego tak się dzieje. „Nasz model i analiza pokazują, że największe stężenia lodu spodziewane są w pobliżu najzimniejszych miejsc PSR, w temperaturze poniżej 75 kelwinów (-198°C lub -325°F) oraz w pobliżu podstawy zboczy PSR skierowanych w stronę bieguna” – powiedział McClanahan .
„Nie możemy dokładnie określić objętości pokładów lodu w PSR ani określić, czy mogą one być zakopane pod suchą warstwą regolitu. Jednakże spodziewamy się, że na każde 1,2 jarda kwadratowego (metru kwadratowego) znajdującego się nad tymi osadami powinno znajdować się co najmniej około pięciu dodatkowych kwart (pięć litrów) lodu w górnej części powierzchni o wysokości 3,3 stopy (metra) w porównaniu z otaczającymi je obszarami. obszarach” – powiedział McClanahan. W badaniu wyznaczono także mapę miejsc, w których można spodziewać się mniejszej liczby osadów lodu, mniejszych lub o niższym stężeniu, występujących głównie w cieplejszych, okresowo oświetlonych obszarach.
Tworzenie się i zachowanie lodu na Księżycu
Lód może zostać wszczepiony w księżycowy regolit w wyniku uderzeń komet i meteorów, uwolniony w postaci pary (gazu) z wnętrza Księżyca lub może powstać w wyniku reakcji chemicznych między wodorem z wiatru słonecznego a tlenem w regolicie. PSR zwykle występują w zagłębieniach topograficznych w pobliżu biegunów Księżyca. Ze względu na niski kąt Słońca obszary te nie widziały światła słonecznego nawet od miliardów lat, w związku z czym wiecznie panuje tam ekstremalne zimno.
Uważa się, że cząsteczki lodu są wielokrotnie usuwane z regolitu przez meteoryty, promieniowanie kosmiczne lub światło słoneczne i przemieszczają się po powierzchni Księżyca, aż wylądują w PSR, gdzie zostają uwięzione przez ekstremalne zimno. Stale zimne powierzchnie PSR mogą zachować cząsteczki lodu w pobliżu powierzchni przez być może miliardy lat, gdzie mogą gromadzić się w złożu wystarczająco bogatym, aby można było je wydobywać. Uważa się, że lód szybko znika z powierzchni wystawionych na bezpośrednie działanie promieni słonecznych, co zapobiega jego gromadzeniu się.
Zespół wykorzystał instrument LRO Lunar Exploration Neutron Detector (LEND) do wykrycia oznak osadzania się lodu poprzez pomiar „epitermicznych” neutronów o umiarkowanej energii. W szczególności zespół wykorzystał opracowany przez LEND czujnik kolimowany do neutronów epitermicznych (CSETN) o stałym polu widzenia o średnicy 30 km. Neutrony powstają w wyniku wysokoenergetycznych galaktycznych promieni kosmicznych, które pochodzą z potężnych wydarzeń w głębokiej przestrzeni kosmicznej, takich jak eksplodujące gwiazdy, które uderzają w powierzchnię Księżyca, rozbijają atomy regolitu i rozpraszają cząstki subatomowe zwane neutronami.
Neutrony, które mogą pochodzić z głębokości około 3,3 stopy (metra), przebijają się przez regolit, wpadając na inne atomy. Niektóre zostają skierowane w przestrzeń kosmiczną, gdzie mogą zostać wykryte przez LEND. Ponieważ wodór ma mniej więcej tę samą masę co neutron, zderzenie z wodorem powoduje, że neutron traci stosunkowo więcej energii niż zderzenie z większością powszechnych pierwiastków regolitu. Zatem tam, gdzie w regolicie występuje wodór, jego stężenie powoduje odpowiednie zmniejszenie obserwowanej liczby neutronów o umiarkowanej energii.
Detekcja neutronów i analiza stężenia wodoru
„Postawiliśmy hipotezę, że jeśli wszystkie PSR mają to samo stężenie wodoru, wówczas CSETN powinien proporcjonalnie wykryć ich stężenie wodoru jako funkcję ich powierzchni. Dlatego więcej wodoru należy zaobserwować w przypadku PSR o większym obszarze” – powiedział McClanahan.
Model opracowano na podstawie badań teoretycznych, które wykazały, jak podobnie wzmocnione wodorem PSR zostaną wykryte przez stałe pole widzenia CSETN. Korelację wykazano, wykorzystując emisję neutronów z 502 PSR o powierzchni od 4 km2) do 417 mil kwadratowych (1079 km ).2), co kontrastowało z otaczającymi je obszarami, w których występuje słabsza energia wzbogacona wodorem. Oczekiwano, że korelacja była słaba w przypadku małych PSR, ale wzrosła w przypadku PSR o większym obszarze.
Odniesienie: „Dowody na szeroko rozpowszechnioną sekwestrację wodoru w pułapkach chłodniczych na biegunie południowym Księżyca” autorstwa TP McClanahan, AM Parsons, TA Livengood, JJ Su, G. Chin, D. Hamara, K. Harshman i RD Starr, 2 października 2024 r., Dziennik nauk planetarnych.
DOI: 10.3847/PSJ/ad5b55
Badania były sponsorowane przez zespół naukowy projektu LRO, grupę roboczą ds. sztucznej inteligencji przy Centrum Lotów Kosmicznych im. Goddarda w NASA oraz grant NASA o numerze 80GSFC21M0002. Badanie przeprowadzono przy użyciu radiometru LRO Diviner i przyrządów wysokościomierza laserowego Lunar Orbiter. Instrument LEND został opracowany przez Rosyjską Agencję Kosmiczną, Roskosmos przez Instytut Badań Kosmicznych (IKI). LEND został zintegrowany ze statkiem kosmicznym LRO w Centrum Lotów Kosmicznych NASA Goddard. LRO jest zarządzane przez należące do NASA Centrum Lotów Kosmicznych Goddard w Greenbelt w stanie Maryland na zlecenie Dyrekcji Misji Naukowych w siedzibie NASA w Waszyngtonie.
