Raketplymer från en landare som försöker landa nära månens sydpol kan störa vattenisavlagringar där, vilket potentiellt komplicerar framtida uppdrag som söker efter dessa frusna resurser, enligt en ny studie från North Carolina State University.
Forskarna skapade en datormodell för att bättre förstå hur landarens raketplym skulle interagera med olika typer av terräng och isavlagringar på månens sydpol, där solljus aldrig når botten av kratrar och andra liknande strukturer. Dessa permanent skuggade områden, eller PSRs, är kända för att vara ganska kalla, och många är teoretiserade att innehålla grunda reservoarer av vattenis som framtida astronauter potentiellt kan använda som en källa till dricksvatten, raketdrivmedel och syre.
"Vad vi hittade var mycket överraskande - när vi försökte landa säkert i PSRs, kunde vissa raketer oavsiktligt kasta ut utkastning och störa ytan så mycket att det förhindrar instrument som Lunar Reconnaissance Orbiters Diviner-instrument från att se tillräckligt tydligt för att fastställa faktisk mängd vattenis som finns i PSR, säger Paul Hayne, professor vid NC State Department of Marine, Earth and Atmospheric Sciences och huvudförfattare till en artikel som beskriver forskningen.
Månproverna som kom tillbaka av Apollo-uppdragen innehöll upp till 1 % vatten, men dessa samlades in från regioner med låg latitud som skulle ha utsatts för värme och skulle därför ha torkat ut betydligt under de miljarder år sedan de bildades. I permanent skuggade områden tror forskare att vattenis skulle kunna bevaras mycket närmare månens yta.
Vatten och andra flyktiga ämnen är för närvarande under noggrann granskning av NASA, som har identifierat månens PSR som ett högprioriterat mål för robotuppdrag och potentiellt bemannade uppdrag. Till exempel kommer det kommande robotuppdraget Artemis III att skicka en rover till Shackleton-kratern, en av de kallaste permanent skuggade regionerna på sydpolen, för att samla information om fördelningen av vattenis.
"Att förstå naturen och fördelningen av vattenis vid månens poler är extremt viktigt eftersom det kan informera rymdfarkosternas landningsplats och operationer, framtida resursutnyttjande på plats, potentiella vetenskapliga upptäckter och den ultimata användningen och utforskningen av dessa kalla mörka regioner," Hayne säger.
Hayne och tidigare Ph.D. student och medförfattare Paul Byrne, nu professor vid Washington University i St. Louis, körde sin datormodell under olika scenarier på fem potentiella Artemis landningsplatser. De olika scenarierna sträckte sig från hårda, isfria stenytor till de som innehåller upp till 60 % is i det översta lagret av regolit. De modellerade också två hypotetiska raketmotorer med olika nivåer av bränsle och dragkraft.
Avgasplymen från raketen skulle förånga vattenis nära landaren och skapa stora ångmoln. Dessa moln kan sträcka sig hundratals meter nedåt och hundratals meter över ytan, och effektivt dölja all data som ytkarteringsinstrument annars skulle ha kunnat se. Teamets modeller visade dock också att en mer effektiv motor kunde minska storleken på ångmolnen, vilket möjliggör tydligare ytobservationer.
"När vi går tillbaka till månen är det viktigt att ha en korrekt uppfattning om platsen och överflödet av månens isavlagringar så att vi kan planera för framtida uppdrag," säger Byrne. "Och vi måste kunna arbeta med minimal påverkan på dessa PSR - några av de mest orörda miljöerna i vårt solsystem - för att säkerställa att vi inte stör deras vetenskapliga värde som laboratorier för att förstå tidigare klimat och vattenplaceringar på Månen."
"Bedöma vattenisdetektering i månens permanent skuggade regioner via landeravgasning under nedstignings- och uppstigningsoperationer," Paul O. Hayne, Paul K. Byrne, Journal of Geophysical Research, DOI:10.1029/2021JE007018.
