Недавние наблюдения космического корабля НАСА Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) показывают, что этих отложений может быть немного больше на склонах кратеров в южном полушарии, обращенных к Южному полюсу Луны. «На склонах, обращенных к полюсу (PFS), в среднем примерно на 23 частей на миллион по весу (ppmw) больше водорода, чем на склонах, обращенных к экватору (EFS)», — сказал Тимоти МакКланахан из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА. Гринбелт, Мэриленд.
Это первый раз, когда на Луне была обнаружена широко распространенная геохимическая разница в содержании водорода между PFS и EFS. Это равно разнице в один процент в нейтронном сигнале, обнаруженном прибором LRO’s Lunar Exploration Neutron Detector (LEND).
МакКланахан — ведущий автор статьи об этом исследовании, опубликованной 19 октября в журнале Icarus.Водородсодержащий материал летуч (легко испаряется) и может быть в форме молекул воды (два атома водорода, связанных с атомом кислорода) или молекул гидроксила (кислород, связанный с водородом), которые слабо связаны с поверхностью Луны. . По словам МакКланахана, причина несоответствия между PFS и EFS может быть аналогична тому, как Солнце мобилизует или перераспределяет замороженную воду из более теплых мест на поверхности Земли в более холодные.«Здесь, в северном полушарии, если вы выйдете на улицу в солнечный день после снегопада, вы заметите, что снега больше на северных склонах, потому что они теряют воду медленнее, чем более солнечные склоны, обращенные на юг», — сказал МакКланахан. . «Мы думаем, что подобное явление происходит с летучими веществами на Луне — PFS не получает столько солнечного света, как EFS, поэтому этот легко испаряющийся материал остается дольше и, возможно, в большей степени накапливается на PFS».
Команда наблюдала большее содержание водорода на PFS в топографии южного полушария Луны, начиная с 50-60 градусов южной широты. Склоны ближе к Южному полюсу показывают большую разницу в концентрации водорода. Кроме того, водород был обнаружен в более высоких концентрациях на более крупных PFS, около 45 ppmw около полюсов. Пространственно более широкие склоны дают больше обнаруживаемых сигналов, чем меньшие склоны.
Результат показывает, что PFS имеют более высокие концентрации водорода, чем их окружающие области. Кроме того, по словам МакКланахана, измерения LEND на больших EFS не контрастируют с окружающими их областями, что указывает на то, что EFS имеют концентрации водорода, равные их окружению.
Команда считает, что больше водорода может быть обнаружено на PFS в кратерах северного полушария, но они все еще собирают и анализируют данные LEND для этого региона.Есть разные возможные источники водорода на Луне. Кометы и некоторые астероиды содержат большое количество воды, и столкновения этих объектов могут принести водород на Луну.
Молекулы, содержащие водород, также могут быть созданы на поверхности Луны при взаимодействии с солнечным ветром. Солнечный ветер — это тонкий поток газа, который постоянно сдувается с Солнца.
По большей части это водород, и этот водород может взаимодействовать с кислородом в силикатной породе и пыли на Луне с образованием гидроксила и, возможно, молекул воды. Считается, что после того, как эти молекулы прибывают на Луну, они получают энергию от солнечного света, а затем отскакивают от поверхности Луны; и они застревают, по крайней мере временно, в более холодных и затененных местах.С 1960-х годов ученые думали, что только в постоянно затененных областях кратеров около полюсов Луны было достаточно холодно, чтобы накапливать этот летучий материал, но недавние наблюдения, проведенные рядом космических аппаратов, включая LRO, предполагают, что водород на Луне более распространен.
Неизвестно, достаточно ли водорода для рентабельной добычи. «Количество, которое мы обнаруживаем, все еще суше, чем в самой сухой пустыне на Земле», — сказал МакКланахан. Однако разрешение прибора LEND больше, чем размер большинства PFS, поэтому меньшие наклоны PFS, возможно, по размеру приближающиеся к ярдам, могут иметь значительно более высокую распространенность, и есть признаки того, что наибольшие концентрации водорода находятся в постоянно затененных областях, согласно Маккланахану.Команда провела наблюдения с использованием прибора LEND LEND, который обнаруживает водород, подсчитывая количество субатомных частиц, называемых нейтронами, отлетающих от поверхности Луны. Нейтроны образуются, когда поверхность Луны бомбардируется космическими лучами.
Космос пронизан космическими лучами, которые представляют собой высокоскоростные частицы, производимые мощными событиями, такими как вспышки на Солнце или взрывы звезд в глубоком космосе. Космические лучи разбивают атомы в материале около поверхности Луны, генерируя нейтроны, которые отскакивают от атома к атому, как бильярдный шар. Некоторые нейтроны попадают обратно в космос, где их можно подсчитать с помощью детекторов нейтронов.
Нейтроны от столкновений космических лучей имеют широкий диапазон скоростей, и атомы водорода наиболее эффективны при остановке нейтронов в их среднем диапазоне скоростей, называемых надтепловыми нейтронами. Столкновения с атомами водорода в лунном реголите уменьшают количество надтепловых нейтронов, летящих в космос. Чем больше водорода присутствует, тем меньше эпитепловых нейтронов будет считать детектор LEND.Команда интерпретировала повсеместное снижение количества эпитепловых нейтронов, обнаруженных LEND, как сигнал о наличии водорода на PFS.
Они объединили данные LEND с лунной топографией и картами освещения, полученными с прибора LOLA (Lunar Orbiter Laser Altimeter), и температурными картами от прибора Diviner от LRO (эксперимент с лунным радиометром Diviner), чтобы обнаружить большее содержание водорода и связанные с ним условия на поверхности PFS.В дополнение к тому, чтобы увидеть, существует ли такая же картина в северном полушарии Луны, команда хочет увидеть, изменяется ли содержание водорода при переходе от дня к ночи. Если это так, это подтвердит существующие доказательства очень активного производства и круговорота водорода на лунной поверхности, согласно Маккланахану.
Исследование финансировалось миссией НАСА LRO. ЛЕНД предоставлен Роскосмосом.
Запущенный 18 июня 2009 года, LRO собрал сокровищницу данных с помощью семи мощных инструментов, внесших неоценимый вклад в наши знания о Луне. LRO управляется Центром космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд, для Управления научных миссий в штаб-квартире НАСА в Вашингтоне.