Hösten 2023 kommer en amerikansk rover att landa på månens sydpol. Dess uppdrag:att utforska vattenisen som forskare vet lurar inom månens skuggor, och som de tror kan hjälpa till att upprätthålla människor som en dag kan utforska månen eller använda den som en uppskjutningsramp för mer avlägsna rymdutforskning.

NASA valde nyligen Kevin Lewis, en docent vid Krieger-skolans institution för jord- och planetvetenskap som också har arbetat med uppdrag på Mars, som medutredare av uppdraget. Med hjälp av en del av roverns navigationssystem planerar han att utforska månens underjordiska geologi från sitt kontor i Olin Hall.

"Jag har varit på andra roveruppdrag, men på Mars, så jag är lite ny på månen," sa Lewis. "Vi kommer att se in i skuggor som aldrig har sett solen, än mindre setts av människor. Så det kan vara en helt annan typ av yta än vi har sett på andra foton av månens yta."

Torrare än en öken

Större delen av månen är helt utan vatten. Det beror på hur satelliten bildades, i en gigantisk sammanstötning mellan protojorden och ett föremål i Marsstorlek. Temperaturerna var tillräckligt höga inte bara för att smälta sten, utan för att förånga den, vilket fick ett moln av stenånga att kretsa runt jorden. Ångan smälte så småningom samman och bildade månen.

Dessa temperaturer var också tillräckligt höga för att driva bort allt vatten, inte ens lämna märkbara spår fångade i stenar som det är på jorden. Men med tiden bombarderade meteorer och kometer som innehöll vattenis månen och skickade ismolekyler som hoppade runt månens yta.

Solens vinkel mot månens poler är brant och skapar långa skuggor. Det betyder att en del av polkratrarna inte får något solljus alls. När vattenmolekylerna råkar hoppa in i ett av de obelysta områdena, vars temperaturer är bland de kallaste i solsystemet på bara tiotals grader över absolut noll, dränerar det deras värmeenergi och de förblir fast vid ytan.

"Så, med tiden kan du bygga upp isavlagringar i dessa permanent skuggade områden, som i princip kan vara den enda källan till vatten på hela månen i användbara mängder," sa Lewis.

Roving the Moon

Volatiles Investigating Polar Exploration Rover, eller VIPER, är en robot i golfbilsstorlek designad för ytterligheterna och okända på månens sydpol. Rovern, som kommer att färdas flera kilometer under flera måndagar – eller ungefär 100 jorddagar – kommer att bedöma saker som vilken form vattnet är i, hur mycket av det finns där, om det är mer som frost på ytan eller is på djupet, och om det finns mer av det i vissa områden än andra.

VIPER, som för närvarande monteras på NASA:s Johnson Space Center i Houston, måste anpassas för de specifika förhållanden som den kommer att möta vid månens sydpol. Det är kraterjorden med olika nivåer av packning, som kräver fyra oberoende styrda hjul som kan hantera sluttningar på 25 till 30 grader.

Det finns månens drastiska temperatursvängningar, från 225 grader Fahrenheit i solen under dagen till -400 grader i de permanenta skuggorna; VIPERs boxiga form skyddar instrumenten och kalibreringar av högprecisionsteknologin pågår för närvarande för att skydda mot dessa svängningar.

Det är själva mörkret, som kräver de första strålkastarna som någonsin använts på en rover, för att lysa upp platser på månen som aldrig har sett solljus.

Och det finns motstridiga behov av vetenskap och logistik – vetenskapen kräver att VIPER tillbringar sin tid i skuggorna, men rovern kommer också att behöva klättra upp ur kratrarna med jämna mellanrum för att ladda batterierna i solljus. De flesta rovers solpaneler är placerade på sina tak, men vinkeln på det polära solljuset kräver att VIPERs arrayer monteras på dess sidor istället.

Uppdraget

NASA valde ut åtta nya VIPER-medutredare, delvis för att tillföra nya idéer och expertis till teamet. Lewis undersökning ger rovern ett helt nytt vetenskapligt instrument för att sondera månen.

För att spåra dess position och orientering är VIPER utrustad med accelerometrar – enheter som vanligtvis används för att fastställa förändringar i position och roverlutning. Det är de instrument som Lewis planerar att använda för sin forskning. Accelerometrarna är extremt känsliga; de kan upptäcka den minimala förändringen i gravitationen du skulle uppleva om det fanns en malmfyndighet under marken du står på.

"Gravimetri har använts för prospektering på jorden; du kan titta på gravitationsanomalier, och de kommer att berätta något om geologin under ytan," sa Lewis. "Vi har kunnat göra det på Mars och ta reda på tätheten av de underjordiska stenarna vi kör över. Vi kommer att göra det på månen också och försöka räkna ut den vertikala densiteten för regoliten och leta efter eventuella geologiska anomalier."

VIPER är en del av NASA:s Artemis-program, en flerfasprocess för att återvända människor till månen. Artemis I kommer att vara det första testet av raketen som så småningom kommer att bära människor, och är planerad att lanseras i år. Artemis II, planerad till 2023, kommer att kretsa runt månen med människor ombord. Artemis III är planerad att landa människor på månens yta 2024.

"Det är ganska vilt att arbeta med VIPER-uppdraget parallellt med den mänskliga utforskningssidan med Artemis-programmet," sa Lewis. "Även om dessa astronauter inte direkt skulle dricka det här vattnet, är det väldigt coolt att göra detta mot bakgrund av att de faktiskt återvänder till månen."

Som medlem i vetenskapsteamet är Lewis inte involverad i att konstruera VIPER, och han kommer inte att direkt hantera någon av kontrollerna under uppdraget. Men sedan han gick med i teamet har han varit involverad i simulerade operationer, där teamet övar på att använda roverns teknologi och fatta den typ av beslut som måste fattas på plats.

Uppdraget börjar verka verkligt. "Det är bara riktigt spännande att leta efter vatten som potentiellt kan användas av mänskliga upptäcktsresande någon gång," sa Lewis. "Att hitta vatten som de skulle kunna dricka en flaska av en dag - det är något som gör dig förbannad. Och naturligtvis den geologiska sidan av det:Månens historia och den geologiska och termiska utvecklingen av dess skorpa är också mycket intressanta frågor." + Utforska vidare

NASA väljer månplats för isjaktsrover