Анализ данных лунной миссии обнаружил многочисленные свидетельства наличия ледяных отложений

На этой иллюстрации показано распределение постоянно затененных областей (синим цветом) на Луне в направлении полюса 80 градусов южной широты. Они наложены на цифровую карту высот лунной поверхности (серую) с помощью лазерного высотомера Lunar Orbiter Laser Altimeter на борту космического корабля NASA Lunar Reconnaissance Orbiter. Автор: NASA/GSFC/Timothy P. McClanahan

Предыдущие исследования обнаружили признаки льда в более крупных постоянно затененных областях (PSR) вблизи лунного Южного полюса, включая области внутри кратеров Кабеус, Хаворт, Шумейкер и Фаустини. В новой работе «Мы обнаружили, что существуют широко распространенные свидетельства наличия водяного льда в 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 журнале The Planetary Science Journal.

Исследование также помогает планировщикам лунных миссий, предоставляя карты и определяя характеристики поверхности, которые показывают, где лед, скорее всего, будет обнаружен, а где — менее вероятно, с доказательствами того, почему это так. «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 вблизи основания обращенных к полюсам склонов PSR», — 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 для каждой поверхности в 1,2 квадратных ярда (квадратного метра), находящейся над этими отложениями, должно быть по крайней мере еще около пяти кварт (пяти литров) льда в пределах поверхности в 3,3 фута (метра) по сравнению с их окружающими территориями», — сказал МакКланахан. Исследование также картировало, где можно ожидать меньшего количества, меньших размеров или более низкой концентрации ледяных отложений, происходящих в основном в более теплых, периодически освещаемых областях.

Лед мог быть имплантирован в лунный реголит в результате ударов комет и метеоритов, высвободиться в виде пара (газа) из недр Луны или образоваться в результате химических реакций между водородом в солнечном ветре и кислородом в реголите. PSR обычно возникают в топографических понижениях вблизи лунных полюсов. Из-за низкого угла падения солнечных лучей эти области не видели солнечного света в течение миллиардов лет, поэтому там постоянно очень холодно.

Молекулы льда, как полагают, неоднократно вытесняются из реголита метеоритами, космической радиацией или солнечным светом и перемещаются по лунной поверхности, пока не попадут в PSR, где они будут захвачены экстремальным холодом. Постоянно холодные поверхности PSR могут сохранять молекулы льда вблизи поверхности, возможно, миллиарды лет, где они могут накапливаться в месторождении, достаточно богатом для разработки. Считается, что лед быстро теряется на поверхностях, которые подвергаются воздействию прямого солнечного света, что исключает его накопление.

Команда использовала прибор LRO Lunar Exploration Neutron Detector (LEND) для обнаружения признаков залежей льда путем измерения умеренных по энергии «эпитермальных» нейтронов. В частности, команда использовала коллимированный датчик эпитермальных нейтронов (CSETN) LEND, который имеет фиксированное поле зрения диаметром 18,6 миль (30 километров).

Нейтроны создаются высокоэнергетическими галактическими космическими лучами, которые возникают в результате мощных событий в глубоком космосе, таких как взрывы звезд, которые воздействуют на поверхность Луны, разбивают атомы реголита и рассеивают субатомные частицы, называемые нейтронами. Нейтроны, которые могут возникать на глубине до 3,3 фута (метра), прокладывают себе путь через реголит, сталкиваясь с другими атомами. Некоторые из них направляются в космос, где их может обнаружить LEND.

Поскольку водород имеет примерно такую же массу, как и нейтрон, столкновение с водородом заставляет нейтрон терять относительно больше энергии, чем столкновение с большинством обычных элементов реголита. Таким образом, там, где в реголите присутствует водород, его концентрация создает соответствующее уменьшение наблюдаемого числа нейтронов средней энергии.

«Мы предположили, что если все PSR имеют одинаковую концентрацию водорода, то CSETN должен пропорционально определять их концентрацию водорода как функцию их площади. Таким образом, больше водорода должно наблюдаться в направлении PSR с большей площадью», — сказал МакКланахан.

Модель была разработана на основе теоретического исследования, которое продемонстрировало, как PSR с водородным усилением будут обнаруживаться фиксированным полем зрения CSETN. Корреляция была продемонстрирована с использованием нейтронных выбросов от 502 PSR с площадями от 1,5 квадратных миль (4 км ²) до 417 квадратных миль (1079 км ²), которые контрастировали с окружающими их менее водородными областями. Корреляция была ожидаемо слабой для небольших PSR, но увеличивалась по мере увеличения площади PSR.

Больше информации: TP McClanahan et al, Evidence for Widespread Hydrogen Sequestration within the Moon's South Pole Cold Traps, The Planetary Science Journal (2024). DOI: 10.3847/PSJ/ad5b55

Источник: NASA