Новое исследование ученых НАСА предполагает, что «шероховатость» поверхности Луны и сопровождающие ее тени могут быть укрытием для водяного льда. Тени, отбрасываемые «грубой» поверхностью спутника Земли, создают небольшие холодные точки, в которых может накапливаться водяной лед, следует из публикации на сайте НАСА.
Ученые уверены, что водяной лед можно найти на полюсах Луны внутри постоянно затененных кратеров — другими словами, кратеров, которые никогда не получают солнечного света. Но наблюдения показывают, что водяной лед также присутствует на большей части лунной поверхности, даже в дневное время. Это загадка: предыдущие компьютерные модели предполагали, что любой водяной лед, образующийся в течение лунной ночи, должен быстро сгореть, когда Солнце поднимается над головой.
«Более десяти лет назад космический аппарат обнаружил возможное присутствие воды на дневной поверхности Луны, и это было подтверждено стратосферной обсерваторией инфракрасной астрономии НАСА ( SOFIA ) в 2020 году», — сказал Бьорн Давидссон, ученый из Лаборатории реактивного движения НАСА. в Южной Калифорнии. «Эти наблюдения поначалу казались нелогичными: вода не должна выжить в таких суровых условиях. Это ставит под сомнение наше понимание лунной поверхности и поднимает интригующие вопросы о том, как летучие вещества, такие как водяной лед, могут выжить в безвоздушных телах ».
В новом исследовании Дэвидссон и соавтор Сона Хоссейни, исследователь и специалист по приборам из JPL, предполагают, что тени, создаваемые «шероховатостью» лунной поверхности, служат убежищем для водяного льда, позволяя ему образовываться как поверхностный иней вдали от поверхности Земли. Полюса Луны. Они также объясняют, как экзосфера Луны (разреженные газы, которые действуют как тонкая атмосфера) может играть важную роль в этой загадке.
Многие компьютерные модели упрощают лунную поверхность, делая ее плоской и невыразительной. В результате часто предполагается, что поверхность вдали от полюсов нагревается равномерно в течение лунного дня, что сделало бы невозможным долгое пребывание водяного льда на освещенной солнцем поверхности.
Так как же получается, что вода обнаруживается на Луне за пределами постоянно затененных областей? Одно из объяснений обнаружения заключается в том, что молекулы воды могут быть захвачены в камне или ударном стекле, созданном невероятной жарой и давлением ударов метеоритов. Как предполагает эта гипотеза, вода, сплавленная в этих материалах, может оставаться на поверхности даже при нагревании от Солнца, создавая сигнал, который был обнаружен SOFIA.
Но одна проблема с этой идеей заключается в том, что наблюдения за лунной поверхностью показывают, что количество воды уменьшается до полудня (когда солнечный свет находится на пике) и увеличивается во второй половине дня. Это указывает на то, что вода может перемещаться из одного места в другое в течение лунного дня, что было бы невозможно, если бы они оказались в ловушке внутри лунной скалы или ударного стекла.
Нажмите на эту интерактивную визуализацию Луны и прокатитесь на ней, сказано на сайте НАСА.
Кнопка «HD» в правом нижнем углу предлагает более детальные текстуры. Полный интерактивный опыт доступен в Eyes on the Solar System.
Давидссон и Хоссейни пересмотрели компьютерную модель, чтобы учесть шероховатость поверхности, видимую на изображениях с миссий Аполлон с 1969 по 1972 год, которые показывают лунную поверхность, усыпанную валунами и испещренную кратерами, создавая множество тенистых областей даже около полудня. Учитывая эту шероховатость поверхности в своих компьютерных моделях, Давидссон и Хоссейни объясняют, как иней может образовываться в небольших тенях и почему распределение воды меняется в течение дня.
Поскольку нет плотной атмосферы для распределения тепла по поверхности, чрезвычайно холодные, затененные области, где температура может упасть примерно до минус 350 градусов по Фаренгейту (минус 210 градусов по Цельсию), могут соседствовать с горячими участками, подверженными воздействию Солнца, где температура может достигать высокая до 240 по Фаренгейту (120 по Цельсию).
По мере того, как Солнце движется в течение лунного дня, поверхностный иней, который может накапливаться в этих холодных затененных областях, медленно подвергается воздействию солнечного света и циркулирует в экзосфере Луны. Затем молекулы воды снова замерзают на поверхности, накапливаясь в виде инея в других холодных, затененных местах.
«Мороз гораздо более подвижен, чем застрявшая в ловушке вода, — сказал Давидссон. — Таким образом, эта модель обеспечивает новый механизм, который объясняет, как вода движется между поверхностью Луны и тонкой лунной атмосферой».
Хотя это не первое исследование, в котором учитывается шероховатость поверхности при расчете температуры поверхности Луны, в предыдущей работе не учитывалось, как тени повлияют на способность молекул воды оставаться на поверхности в дневное время в виде мороза. Это новое исследование важно, потому что оно помогает нам лучше понять, как лунная вода попадает в экзосферу Луны и удаляется из нее.
«Понимание воды как ресурса имеет важное значение для НАСА и коммерческих усилий по будущему исследованию Луны человеком», — сказал Хоссейни. «Если вода доступна в виде инея в освещенных солнцем регионах Луны, будущие исследователи могут использовать ее в качестве источника топлива и питьевой воды. Но сначала нам нужно выяснить, как экзосфера и поверхность взаимодействуют и какую роль это играет в круговороте ».
Чтобы проверить эту теорию, Хоссейни возглавляет команду по разработке сверхминиатюрных датчиков для измерения слабых сигналов от водяного льда. Лунный миниатюрный спектрометр Heterodyne OH (HOLMS) разрабатывается для использования на небольших стационарных спускаемых аппаратах или автономных вездеходах, таких как, например, автономный всплывающий плоский складной робот -исследователь JPL ( A-PUFFER ), который может быть отправлен на Луну в будущее, чтобы проводить прямые измерения гидроксила (молекулы, содержащей один атом водорода и атом кислорода).
Гидроксил, который является молекулярным родственником воды (молекула с двумя атомами водорода и одним атомом кислорода), может служить индикатором того, сколько воды может присутствовать в экзосфере. И вода, и гидроксил могут быть созданы в результате ударов метеоритов и частиц солнечного ветра, ударяющихся о поверхность Луны, поэтому измерение присутствия этих молекул в экзосфере Луны может показать, сколько воды создается, а также показывает, как она перемещается с места на место. Но время для этих измерений имеет существенное значение.
«Текущее исследование Луны несколькими странами и частными компаниями указывает на значительные искусственные изменения лунной среды в ближайшем будущем, — гворит Хоссейни. — Если эта тенденция сохранится, мы потеряем возможность понять естественную лунную среду, особенно воду, которая циркулирует в первозданной экзосфере Луны. Следовательно, передовая разработка сверхкомпактных высокочувствительных инструментов имеет решающее значение и безотлагательность».
Исследователи отмечают, что это новое исследование может помочь нам лучше понять роль теней в накоплении водяного льда и молекул газа за пределами Луны, например, на Марсе или даже на частицах в кольцах Сатурна.
Исследование под названием «Влияние шероховатости поверхности на модели десорбции воды на Луне» было опубликовано в Ежемесячном бюллетене Королевского астрономического общества 2 августа 2021 года.
Нет комментариев