Amerikanska astronauter kommer år 2024 att ta sina första steg nära månens sydpol:det extrema ljusets land, extremt mörker, och fruset vatten som kan ge bränsle till NASA:s Artemis-månbas och byråns språng ut i rymden.

Forskare och ingenjörer hjälper NASA att bestämma den exakta platsen för Artemis Base Camp-konceptet. Bland de många saker som NASA måste ta hänsyn till när man väljer en specifik plats finns två nyckelfunktioner:Platsen måste sola sig i nästan kontinuerligt solljus för att driva basen och måttliga extrema temperatursvängningar, och det måste erbjuda enkel tillgång till områden med totalt mörker som håller is på vatten.

Medan sydpolsområdet har många väl upplysta områden, vissa delar ser mer eller mindre ljus än andra. Forskare har funnit att på vissa högre höjder, som på kraterkanter, astronauter skulle se längre perioder av ljus. Men botten på några djupa kratrar är höljda i nästan konstant mörker, eftersom solljuset på sydpolen träffar en så låg vinkel att det bara borstar deras fälgar.

Dessa unika ljusförhållanden har att göra med månens lutning och med sydpolområdets topografi. Till skillnad från jordens 23,5-graders lutning, månen lutar endast 1,5 grader på sin axel. Som ett resultat, ingen av månens halvklot tippar märkbart mot eller bort från solen under hela året som det gör på jorden – ett fenomen som ger oss soligare och mörkare årstider här. Detta innebär också att solens höjd på himlen vid månens poler inte förändras mycket under dagen. Om en person stod på en kulle nära månens sydpol under dagsljus, när som helst på året, de skulle se solen röra sig över horisonten, skumma ytan som en ficklampa som ligger på ett bord.

"Det är en så dramatisk terräng där nere, " sa W. Brent Garry, en geolog vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. Garry arbetar med ingenjörer på en virtuell verklighetsturné på månens sydpol för att hjälpa astronauter att fördjupa sig, vetenskapsmän, och uppdragsplanerare i den exotiska miljön i den regionen när de förbereder sig för en mänsklig återkomst till månen.

Medan en bascampingplats kräver mycket ljus, Det är också viktigt för astronauter att kunna ta korta turer in i permanent mörka kratrar. Forskare förväntar sig att dessa skuggiga kratrar är hem för reservoarer av fruset vatten som upptäcktsresande kan använda för livsuppehållande. "En idé är att slå läger i en upplyst zon och korsa in i dessa kratrar, som är ovanligt kalla, " sa NASA Goddards planetforskare Daniel P. Moriarty, som är involverad i NASA:s sydpolsanalys- och planeringsteam. Temperaturen i några av de kallaste kratrarna kan sjunka till cirka -391 grader Fahrenheit (-235 grader Celsius).

De första planerna inkluderar att landa en rymdfarkost på en relativt platt del av en väl upplyst kraterkant eller en ås. "Du vill landa i ett så platt område som möjligt, eftersom du inte vill att landningsfordonet ska välta, sa Moriarty.

Landningsområdet, helst, bör separeras från andra basläger-funktioner – som livsmiljön eller solpaneler – med minst en halv mil, eller 1 kilometer. Den borde också vara belägen på en annan höjd för att förhindra fallande rymdfarkoster från att spruta höghastighetsskräp mot utrustning eller områden av vetenskapligt intresse. Vissa forskare har uppskattat att när en rymdfarkost trycker fram sina motorer för en mjuklandning, det kan potentiellt spraya hundratals pund, eller kilogram, av ytpartiklar, vatten, och andra gaser över ett par mil, eller flera kilometer.

"Du vill dra fördel av landformerna, som kullar, som kan fungera som barriärer för att minimera påverkan av kontaminering, " säger Ruthan Lewis, en biomekanisk och industriell ingenjör, arkitekt, och en ledare i NASA:s sydpolsanalys- och planeringsteam. "Så, vi tittar på avstånd, höjder, och backar i vår planering."

Vid månen, det är avgörande att hålla området runt landningsplatsen och baslägret så orörda som möjligt för forskare. Till exempel, bland de många intressanta särdragen i sydpolsregionen är dess läge mitt mellan den jordvända sidan av månen, eller den närmaste sidan, och sidan vi aldrig ser från jorden, känd som bortre sidan.

Dessa två halvklot är geologiskt mycket olika, med den bortre sidan tyngre kraterad och dess skorpa tjockare än på den närmaste sidan. Forskare vet inte varför de två sidorna bildades på detta sätt.

Artemis Base Camp måste vara på den sida som vetter mot jorden för att göra det lättare för ingenjörer att använda radiovågor för att kommunicera med astronauter som arbetar på månen. Men forskare förväntar sig att under miljarder år av meteoritnedslag på månens yta, stenar, och damm från varje halvklot sparkades upp och ströddes runt den andra, så det är möjligt att astronauter kan samla prover på den bortre sidan från deras basläger på närsidan.