Misje Artemidy

 

Misje Artemidy również powinny sprowadzić lód z Księżyca na Ziemię

W erze Apollo astronauci przeprowadzili istotne operacje naukowe na Księżycu, które obejmowały sprowadzenie próbek skał księżycowych z powrotem na Ziemię w celu ich zbadania. Dzięki badaniu tych skał naukowcy byli w stanie dowiedzieć się wiele o powstawaniu i ewolucji Księżyca, a nawet znaleźli dowody na istnienie wody księżycowej. W nadchodzących latach, kiedy NASA wyśle ​​astronautów z powrotem w ramach Projektu Artemis, zostanie przywiezionych więcej próbek.

Niedawno NASA ogłosiła apel o opracowanie naukowych białych ksiąg, które pomogłyby im zaprojektować struktury rodzaju operacji naukowych, które będą przeprowadzać astronauci Artemidy. Według jednej z propozycji astronauci Artemidy powinni przynosić nie tylko próbki księżycowego regolitu lub skał, ale także księżycowego lodu. Badając je tutaj, na Ziemi, naukowcy może wreszcie rozwiążą zagadkę, skąd pochodzi woda na Księżycu.

Orion to statek kosmiczny NASA do eksploracji głębokiego kosmosu, który zabierze astronautów z Ziemi na Księżyc i przywiezie ich bezpiecznie do domu. Żródło: Lockheed Martin

Naukowcy spekulują, że lód może istnieć na Księżycu od czasów wyścigu kosmicznego. Twierdzili, że lód ten mógł zostać osadzony przez komety lub wytworzony w wyniku interakcji między wodorem (z wiatru słonecznego) a skałami bogatymi w tlen. Dopiero w latach 90 XX wieku po locie sondy Lunar Prospector odkryto pierwsze wyraźne dowody obecności wody na Księżycu.

Rozpoczęta w 1998 roku misja NASA spędziła ponad półtora roku na mapowaniu całej powierzchni Księżyca i wykryła wysokie stężenia wodoru w regolicie w pobliżu regionów polarnych na głębokości jednego metra (~ 3,3 stopy). Odkrycia te zostały potwierdzone przez indyjski orbiter Chandrayaan-1 w 2008 r. I Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) w 2009 r., Szczególnie w stale zacienionych kraterach w basenie bieguna południowego i Aitken na Księżycu.

Wkrótce potem księżycowy satelita obserwacyjno-wykrywający (LCROSS) został wysłany na Księżyc i uderzył w południowym kraterze Cabeus. Widma uzyskane z powstałych szczątków wykazały stężenie wody do ~ 5% wagowych, a także obfitość innych substancji lotnych, takich jak siarkowodór (H 2 S), tlenek węgla (CO) i amoniak (NH 3 ).

Jednak pochodzenie, dystrybucja, głębokość i objętość wody księżycowej pozostają bez odpowiedzi. Na przykład naukowcy nie są pewni, czy główną przyczyną jest wiatr słoneczny, impaktory bogate w substancje lotne lub odgazowanie wulkaniczne. Zajęcie się nimi stało się jeszcze ważniejsze ze względu na propozycje budowy w najbliższej przyszłości ludzkich placówek na Biegunie Południowymw okolicach basenu Aitken.

Aleinov napisał w e-mailu do Universe Today :

„Posiadanie niezawodnego (i ekonomicznie wykonalnego) źródła wody ma kluczowe znaczenie dla długoterminowej ludzkiej placówki na Księżycu. Woda jest potrzebna do codziennej działalności człowieka i do produkcji żywności. Ale co ważniejsze, wodę można wykorzystać jako źródło paliwa rakietowego, rozkładając ją na wodór i tlen. Znajomość pochodzenia wody księżycowej pomoże ludziom skuteczniej szukać jej źródeł".

„Na przykład, jeśli jest pochodzenia wulkanicznego, będziemy musieli zajrzeć do starszych kraterów i kopać na odpowiednią głębokość (2-5 metrów). Jeśli została dostarczona przez komety, wiek krateru jest mniej ważny i możemy losowo szukać wody blisko powierzchni, która byłaby łatwiejsza do wydobycia".

„Wreszcie, jeśli głównym źródłem wody jest wiatr słoneczny, bardziej prawdopodobne jest, że będzie ona równomiernie rozłożona na zacienionych kraterach. Ale jego stężenie w księżycowym regolicie będzie niższe niż w pozostałych dwóch przypadkach. Dlatego w tym przypadku bardziej sensowne byłoby zainwestowanie większej ilości zasobów w wydajne technologie wydobywcze niż poszukiwanie bogatych złóż”.

Trzy najważniejsze koncepcje HLS dla projektu Artemis NASA. Kredyt: NASA

Aleinov i jego koledzy mają nadzieję, że rozwiązywanie tych tajemnic zajmie się misją Artemidy. Na początek mają nadzieję, że oprócz źródła, będziemy mogli dowiedzieć się, dlaczego jest on tak rozprowadzany. Na Merkurym, który również ma PSR w regionach polarnych, lód wodny jest równomiernie rozłożony w kraterach. Jak wyjaśnił Aleinov, Księżyc to inny przypadek:

 „Nie wszystkie zacienione kratery mają wodę powierzchniową. Tam, gdzie jest obserwowana, jest niejednolita i mniej obfita. Jednak za pomocą spektroskopii neutronowej obserwujemy znaczne ilości wody podpowierzchniowej. Tak więc historia wody na Księżycu jest bardziej skomplikowana. Czy pochodzi z innych źródeł niż na Merkurym? Dlaczego niektóre skądinąd podobne kratery mają wodę powierzchniową, a inne nie? Ile faktycznie mamy wody na Księżycu? Nadal nie mamy satysfakcjonujących odpowiedzi na te pytania”.

Powód, dla którego te pytania pozostały bez odpowiedzi, sprowadza się do prostego problemu z dostępem. Wszystkie próbki księżycowe zebrane przez astronautów Apollo i zrobotyzowane misje pochodzą z miejsc oddalonych od biegunów. W rezultacie wszystkie dane dotyczące wody na Księżycu pochodzą z teledetekcji.

Ale poza lokalizacją i przestrzennym rozkładem obszarów wodnych - mówi Aleinov - jest tak wiele rzeczy, których nie wiemy o wodzie na Księżycu. Obejmuje to jego rozkład pionowy (tj. Czy występuje poniżej 1 metra głębokości) lub jego zawartość izotopową, która różni się w zależności od źródła. Krótko mówiąc, nie mamy danych potrzebnych do określenia źródła lub obfitości wody księżycowej.

Projekt Artemis może oprócz swoich regularnych operacji naukowych na powierzchni Księżyca (które będą obejmować zabieranie próbek na Ziemię), astronauci uczestniczący w misji Artemis III (lub późniejszych misjach załogowych) będą mogli badać i pozyskiwać próbki lodu księżycowego z różnych głębokości.

To, mówi Aleinov, pozwoli naukowcom na Ziemi poznać czas osadzania się wody i jej zawartość izotopową, co pomoże dowiedzieć się, skąd pochodzi:

„Szczególnie interesujące będą próbki z głębszych (2-5 m) warstw regolitu. Próbki z takiej głębokości przedstawiają niezakłócone złoża sprzed około 3,5 miliarda lat. Jest to okres największej aktywności wulkanicznej, a takie próbki powiedzą nam, ile wody wulkanicznej faktycznie dostarczono do regionów polarnych i czy jest to główne źródło wody księżycowej".

„Również rozmieszczenie wody w takich próbkach i stężenie innych substancji lotnych wiele nam powie o ewolucji Księżyca w tym okresie. W szczególności lepiej zrozumiemy moc i częstotliwość erupcji wulkanów, jaką atmosferę mogą one tworzyć i jaka może być rola takiej przejściowej atmosfery w historii Księżyca”.

Ta i inne propozycje są obecnie analizowane przez Zespół ds. Definicji Naukowej NASA (SDT), organ utworzony przez Wydział Nauk Planetarnych Dyrekcji Misji Naukowych NASA (SMD). Nabór białych ksiąg rozpoczął się 25 października 2019 roku i zakończył na początku tego miesiąca (8 września). Kiedy astronauci powrócą na Księżyc w 2024 r. ( Artemis III ), niektóre z tych propozycji zostaną uwzględnione na ich liście działań.

Współautorami badania byli Michael J. Way, badacz z Goddard Institute for Space Sciences; Christophera W. Hamiltona z Lunar and Planetary Lab na Uniwersytecie Arizony; oraz James W. Head, wybitny profesor nauk geologicznych Louis and Elizabeth Scherck na Brown University.