Simuleringer viser, at udstødning fra lander kunne forplumre studier af månens is

En fane af fordampet vand stiger fra en månelander, der sidder på månens overflade. Denne illustration viser potentialet for, at udstødningsstråler fra en raketfane fra en lander interagerer med flygtigt-bærende materiale i isdækkede, permanent skraverede områder på Månen. Disse steder indeholder ofte rigelig vandis inden for de øverste få fødder af månens regolit. Sådanne materialer betragtes som en potentiel ressource for fremtidig menneskelig beboelse og udforskning af månens sydpol. (Kunstværk:Paul Byrne/NC State University)

Raketfaner fra en lander, der forsøger at lande nær månens sydpol, kan forstyrre vandisaflejringer der, hvilket potentielt komplicerer fremtidige missioner, der leder efter disse frosne ressourcer, ifølge en ny undersøgelse fra North Carolina State University.

Forskerne skabte en computermodel for bedre at forstå, hvordan landerens raketfane ville interagere med forskellige typer terræn og isaflejringer på månens sydpol, hvor sollys aldrig når bunden af ​​kratere og andre lignende strukturer. Disse permanent skraverede områder, eller PSR'er, er kendt for at være ret kolde, og mange er teoretiseret til at indeholde lavvandede reservoirer af vandis, som fremtidige astronauter potentielt kan bruge som en kilde til drikkevand, raketdrivmiddel og ilt.

"Det, vi fandt, var meget overraskende - mens de forsøgte at lande sikkert i PSR'erne, kunne nogle raketter utilsigtet smide ejecta ud og forstyrre overfladen så meget, at det forhindrer instrumenter som Lunar Reconnaissance Orbiters Diviner-instrument i at se klart nok til at bestemme faktisk mængde af vandis til stede i PSR'erne," siger Paul Hayne, en professor i NC State's Department of Marine, Earth and Atmospheric Sciences og hovedforfatter af et papir, der beskriver forskningen.

Måneprøverne bragt tilbage af Apollo-missioner indeholdt op til 1 % vand, men disse blev indsamlet fra områder med lav breddegrad, der ville have været udsat for varme og ville derfor være tørret betydeligt ud i løbet af de milliarder af år, der er gået siden de blev dannet. I permanent skyggefulde områder mener forskerne, at vandis kunne bevares meget tættere på månens overflade.

Vand og andre flygtige stoffer er i øjeblikket under nøje undersøgelse af NASA, som har identificeret månens PSR'er som et højt prioriteret mål for robot- og potentielt bemandede missioner. For eksempel vil den kommende Artemis III robot-polarmission sende en rover til Shackleton-krateret, et af de koldeste, permanent skyggefulde områder på sydpolen, for at indsamle information om fordelingen af ​​vandis.

"At forstå arten og fordelingen af ​​vandis ved månens poler er ekstremt vigtigt, fordi det kan informere rumfartøjers landingssted udvælgelse og operationer, fremtidig in situ ressourceudnyttelse, potentielle videnskabelige opdagelser og den ultimative brug og udforskning af disse kolde mørke områder," Hayne siger.

Hayne og tidligere ph.d. studerende og medforfatter Paul Byrne, nu professor ved Washington University i St. Louis, kørte deres computermodel under forskellige scenarier på fem potentielle Artemis-landingssteder. De forskellige scenarier spændte fra hårde, isfrie stenede overflader til dem, der indeholdt op til 60 % is i det øverste lag af regolit. De modellerede også to hypotetiske raketmotorer ved hjælp af forskellige niveauer af brændstof og tryk.

Udstødningsfanen fra raketten ville fordampe vandis nær landeren og skabe store dampskyer. Disse skyer kunne strække sig hundreder af meter ned og hundreder af meter over overfladen, og effektivt skjule alle data, som overfladekortlægningsinstrumenter ellers kunne have været i stand til at se. Holdets modeller viste dog også, at en mere effektiv motor kunne reducere størrelsen af ​​dampskyerne, hvilket muliggjorde klarere overfladeobservationer.

"Når vi går tilbage til månen, er det vigtigt at have en nøjagtig idé om placeringen og overfloden af ​​månens isaflejringer, så vi kan planlægge i overensstemmelse hermed for fremtidige missioner," siger Byrne. "Og vi skal være i stand til at operere med minimal indvirkning på disse PSR'er - nogle af de mest uberørte miljøer i vores solsystem - for at sikre, at vi ikke forstyrrer deres videnskabelige værdi som laboratorier for at forstå tidligere klima og vandplacering på Måne."

Reference

"Vurdering af vandisdetektion i månens permanent skyggefulde regioner via landerudgasning under nedstignings- og opstigningsoperationer," Paul O. Hayne, Paul K. Byrne, Journal of Geophysical Research, DOI:10.1029/2021JE007018.