На этой иллюстрации показано распределение постоянно затененных областей (синим цветом) на Луне к полюсу от 80 градусов южной широты. Они наложены на цифровую карту высот лунной поверхности (серая), полученную с помощью лазерного альтиметра Lunar Orbiter на борту космического корабля НАСА Lunar Reconnaissance Orbiter. Фото: НАСА/GSFC/Тимоти П. МакКланахан.
Согласно новому анализу данных миссии LRO (Lunar Reconnaissance Orbiter) НАСА, отложения льда в лунной пыли и камнях (реголите) более обширны, чем считалось ранее. Лед станет ценным ресурсом для будущих лунных экспедиций. Воду можно будет использовать для защиты от радиации и поддержки людей-исследователей или разбить ее на водород и кислород для производства ракетного топлива, энергии и пригодного для дыхания воздуха.
Предыдущие исследования обнаружили признаки льда в более крупных постоянно затененных областях (PSR) вблизи Южного полюса Луны, включая области внутри кратеров Кабеус, Хаворт, Шумейкер и Фаустини. В новой работе «Мы обнаруживаем, что существуют широко распространенные свидетельства существования водяного льда внутри PSR за пределами Южного полюса, по крайней мере, в направлении 77 градусов южной широты», — сказал доктор Тимоти П. МакКланахан из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд. и ведущий автор статьи об этом исследовании, опубликованной 2 октября в The Planetary Science Journal.
Исследование также помогает планировщикам лунных миссий, предоставляя карты и определяя характеристики поверхности, которые показывают, где вероятнее всего и с меньшей вероятностью будет найден лед, а также доказательства того, почему это должно быть. «Наша модель и анализ показывают, что наибольшая концентрация льда, как ожидается, будет наблюдаться вблизи самых холодных мест PSR с температурой ниже 75 Кельвинов (-198°C или -325°F) и у подножия склонов PSR, обращенных к полюсу», — сказал МакКланахан. .
«Мы не можем точно определить объем ледяных отложений PSR или определить, могут ли они быть погребены под сухим слоем реголита. Однако мы ожидаем, что на каждую поверхность приходится 1,2 квадратных ярда (квадратного метра), находящихся над этими отложениями. на поверхности на высоте 3,3 фута (метра) должно быть как минимум еще примерно на пять литров (пять литров) льда по сравнению с окружающей их территорией», — сказал МакКланахан. Исследование также наметило, где можно ожидать меньшего, меньшего или более низкой концентрации отложений льда, преимущественно в более теплых, периодически освещаемых областях.
Лед может внедряться в лунный реголит в результате ударов комет и метеоров, выделяться в виде пара (газа) из недр Луны или образовываться в результате химических реакций между водородом в солнечном ветре и кислородом в реголите. PSR обычно возникают в топографических впадинах вблизи лунных полюсов. Из-за низкого угла наклона солнца эти районы не видели солнечного света в течение миллиардов лет, поэтому здесь постоянно царит сильный холод.
Считается, что молекулы льда неоднократно вытесняются из реголита метеоритами, космической радиацией или солнечным светом и путешествуют по лунной поверхности, пока не приземлятся в PSR, где они попадают в ловушку сильного холода. Постоянно холодные поверхности PSR могут сохранять молекулы льда вблизи поверхности в течение, возможно, миллиардов лет, где они могут накапливаться в отложениях, достаточно богатых для добычи полезных ископаемых. Считается, что лед быстро теряется на поверхностях, подвергающихся воздействию прямых солнечных лучей, что предотвращает его накопление.
Команда использовала прибор LRO для исследования нейтронов на Луне (LEND) для обнаружения признаков ледяных отложений путем измерения «эпитепловых» нейтронов средней энергии. В частности, команда использовала коллимированный датчик эпитермальных нейтронов LEND (CSETN), который имеет фиксированное поле зрения диаметром 18,6 миль (30 километров).
Нейтроны создаются высокоэнергетическими галактическими космическими лучами, которые исходят от мощных событий в глубоком космосе, таких как взрывы звезд, которые воздействуют на лунную поверхность, разрушают атомы реголита и рассеивают субатомные частицы, называемые нейтронами. Нейтроны, которые могут возникать на глубине примерно 3,3 фута (метра), пробиваются через реголит, натыкаясь на другие атомы. Некоторые отправляются в космос, где их может обнаружить ЛЕНД.
Поскольку водород имеет примерно ту же массу, что и нейтрон, столкновение с водородом приводит к потере нейтроном относительно большей энергии, чем при столкновении с наиболее распространенными элементами реголита. Итак, там, где в реголите присутствует водород, его концентрация приводит к соответствующему уменьшению наблюдаемого числа нейтронов умеренной энергии.
«Мы предположили, что если все PSR имеют одинаковую концентрацию водорода, то CSETN должен пропорционально определять концентрацию водорода в них в зависимости от их площади. Таким образом, больше водорода должно наблюдаться по направлению к PSR большей площади», — сказал МакКланахан.
Модель была разработана на основе теоретического исследования, которое продемонстрировало, как аналогичным образом PSR с водородным усилением будут обнаруживаться с помощью поля зрения CSETN с фиксированной областью. Корреляция была продемонстрирована с использованием нейтронных выбросов от 502 PSR площадью от 1,5 квадратных миль (4 км2) до 417 квадратных миль (1079 км2), которые контрастировали с окружающими их областями с меньшим содержанием водорода. Корреляция была ожидаемо слабой для небольших PSR, но увеличивалась по отношению к PSR большей площади.
