NASA-mission har til formål at studere is og vand på månens overflade

I efteråret 2023 vil en amerikansk rover lande på månens sydpol. Dens mission:at udforske vandisen, som forskerne ved, lurer i månens skygger, og som de mener kan hjælpe med at opretholde mennesker, som måske en dag kan udforske månen eller bruge den som affyringsrampe for fjernere rumudforskning.

NASA har for nylig valgt Kevin Lewis, en lektor i Krieger-skolens afdeling for jord- og planetvidenskab, som også har arbejdet på missioner på Mars, som medundersøger af missionen. Ved at bruge en del af roverens navigationssystem planlægger han at udforske månens undergrundsgeologi fra sit kontor i Olin Hall.

"Jeg har været på andre rover-missioner, men på Mars, så jeg er lidt ny på månen," sagde Lewis. "Vi kommer til at se ind i skygger, der aldrig har set solen, endsige blevet set af mennesker. Så det kan være en meget anden type overflade, end vi har set på andre billeder af månens overflade."

Tørre end en ørken

Det meste af månen er helt uden vand. Det er på grund af den måde, satellitten blev dannet på, i et kæmpe sammenstød mellem proto-Jorden og et objekt på størrelse med Mars. Temperaturerne var høje nok til ikke kun at smelte sten, men til at fordampe den, hvilket fik en sky af stendamp til at kredse om Jorden. Dampen smeltede til sidst sammen og dannede månen.

Disse temperaturer var også høje nok til at drive alt vand væk, og de efterlod ikke engang nævneværdige spor fanget i sten, som det er på Jorden. Men med tiden bombarderede meteorer og kometer, der indeholdt vandis, månen og sendte ismolekyler hoppende rundt på månens overflade.

Solens vinkel ved månens poler er stejl og skaber lange skygger. Det betyder, at nogle af polarkraterne slet ikke modtager sollys. Når vandmolekylerne tilfældigvis hopper ind i et af de uoplyste områder, hvis temperaturer er blandt de koldeste i solsystemet med kun 10 grader over det absolutte nulpunkt, dræner det deres termiske energi, og de forbliver fast på overfladen.

"Så over tid kan du opbygge isaflejringer i disse permanent skyggede områder, som måske i bund og grund er den eneste kilde til vand på hele månen i nyttige mængder," sagde Lewis.

Roving the Moon

Volatiles Investigating Polar Exploration Rover, eller VIPER, er en robot på størrelse med golfvognen designet til yderpunkter og ukendte på månens sydpol. Roveren, som vil rejse flere kilometer over flere månedage – eller omkring 100 jorddage – vil vurdere ting som hvilken form vandet er i, hvor meget af det er der, om det mere ligner frost på overfladen eller is i dybden, og om der er mere af det på nogle områder end andre.

VIPER, som i øjeblikket samles på NASAs Johnson Space Center i Houston, skal tilpasses til de specifikke forhold, den vil støde på ved månens sydpol. Der er krateret jord med forskellige niveauer af komprimering, der kræver fire uafhængigt kontrollerede hjul, der kan klare skråninger på 25 til 30 grader.

Der er månens drastiske temperatursvingninger, der spænder fra 225 grader Fahrenheit i solen i løbet af dagen til -400 grader i de permanente skygger; VIPERs kasseform beskytter instrumenterne, og kalibreringer af højpræcisionsteknologien er i øjeblikket i gang for at beskytte mod disse udsving.

Der er selve mørket, som nødvendiggør de første forlygter, der nogensinde er blevet brugt på en rover, for at oplyse steder på månen, der aldrig har set sollys.

Og der er de modstridende behov for videnskab og logistik - videnskaben kræver, at VIPER tilbringer sin tid i skyggen, men roveren bliver også nødt til med jævne mellemrum at kravle ud af kraterne for at genoplade sine batterier i sollys. De fleste roveres solpaneler er placeret på deres tage, men vinklen på det polære sollys kræver, at VIPER's arrays monteres på siderne i stedet for.

Søgen

NASA udvalgte otte nye VIPER-medforskere, delvist for at bringe nye ideer og ekspertise til holdet. Lewis' undersøgelse giver reelt roveren et helt nyt videnskabeligt instrument til at sondere månen.

For at spore dens position og orientering er VIPER udstyret med accelerometre - enheder, der typisk bruges til at bestemme ændringer i position og roverhældning. Det er de instrumenter, som Lewis planlægger at bruge til sin forskning. Accelerometrene er ekstremt følsomme; de kan registrere den lille ændring i tyngdekraften, du ville opleve, hvis der var en malmaflejring under jorden, du står på.

"Gravimetri er blevet brugt til at prospektere på Jorden; du kan se på tyngdekraftsanomalier, og de vil fortælle dig noget om undergrundsgeologien," sagde Lewis. "Vi har været i stand til at gøre det på Mars og finde ud af tætheden af ​​de underjordiske klipper, vi kører over. Det vil vi også gøre på månen og forsøge at finde ud af regolittens lodrette tæthed og se efter eventuelle geologiske anomalier."

VIPER er en del af NASAs Artemis-program, en flerfaseproces til at returnere mennesker til månen. Artemis I vil være den første test af den raket, der i sidste ende vil bære mennesker, og er planlagt til opsendelse i år. Artemis II, der er planlagt til 2023, vil kredse om månen med mennesker ombord. Artemis III er planlagt til at lande mennesker på månens overflade i 2024.

"Det er ret vildt at arbejde på VIPER-missionen parallelt med den menneskelige udforskningsside med Artemis-programmet," sagde Lewis. "Selvom disse astronauter ikke direkte ville drikke dette vand, er det meget fedt at gøre dette på baggrund af faktisk at vende tilbage til månen."

Som medlem af videnskabsteamet er Lewis ikke involveret i at konstruere VIPER, og han vil ikke direkte håndtere nogen af ​​kontrollerne under missionen. Men siden han kom til holdet, har han været involveret i simulerede operationer, hvor holdet øver sig i at bruge roverens teknologi og træffe den slags beslutninger, der skal træffes på stedet.

Missionen begynder at virke reel. "Det er bare virkelig spændende at lede efter vand, der potentielt kan bruges af menneskelige opdagelsesrejsende en dag," sagde Lewis. "At finde vand, som de kunne drikke en flaske af en dag - det blæser en slags tanker. Og selvfølgelig den geologiske side af det:Månens historie og dens geologiske og termiske udvikling af dens skorpe er også meget interessante spørgsmål." + Udforsk yderligere

NASA vælger månestedet til isjagt rover