In het najaar van 2023 zal een Amerikaanse rover landen op de zuidpool van de maan. Zijn missie:het waterijs verkennen waarvan wetenschappers weten dat het op de loer ligt in de maanschaduwen, en waarvan zij denken dat het mensen zou kunnen ondersteunen die op een dag de maan zouden kunnen verkennen of het gebruiken als een lanceerplatform voor verder afgelegen ruimteverkenning.

NASA selecteerde onlangs Kevin Lewis, een universitair hoofddocent aan de afdeling Aard- en Planetaire Wetenschappen van de Krieger School die ook aan missies op Mars heeft gewerkt, als mede-onderzoeker van de missie. Met behulp van een deel van het navigatiesysteem van de rover is hij van plan de ondergrondse geologie van de maan te verkennen vanuit zijn kantoor in Olin Hall.

"Ik ben op andere rover-missies geweest, maar op Mars, dus ik ben een beetje nieuw op de maan", zei Lewis. "We gaan in schaduwen kijken die nog nooit de zon hebben gezien, laat staan ​​gezien door mensen. Het kan dus een heel ander type oppervlak zijn dan we op andere foto's van het oppervlak van de maan hebben gezien."

Droger dan een woestijn

Het grootste deel van de maan is volledig zonder water. Dat komt door de manier waarop de satelliet werd gevormd, in een gigantische inslag tussen de proto-aarde en een object ter grootte van Mars. De temperaturen waren hoog genoeg om niet alleen gesteente te smelten, maar ook om het te verdampen, waardoor een wolk van gesteentedamp in een baan om de aarde cirkelde. De damp vloeide uiteindelijk samen om de maan te vormen.

Die temperaturen waren ook hoog genoeg om water weg te drijven, en zelfs geen noemenswaardige sporen achter te laten in rotsen zoals het op aarde is. Maar na verloop van tijd bombardeerden meteoren en kometen die waterijs bevatten de maan, waardoor ijsmoleculen over het maanoppervlak huppelden.

De hoek van de zon op de polen van de maan is steil, waardoor lange schaduwen ontstaan. Dit betekent dat sommige poolkraters helemaal geen zonlicht ontvangen. Wanneer de watermoleculen toevallig in een van die onverlichte gebieden springen, waarvan de temperaturen tot de koudste in het zonnestelsel behoren met slechts tientallen graden boven het absolute nulpunt, wordt hun thermische energie afgevoerd en blijven ze aan het oppervlak plakken.

"Dus na verloop van tijd zou je ijsafzettingen kunnen opbouwen in deze permanent beschaduwde gebieden, wat in feite de enige bron van water op de hele maan in bruikbare hoeveelheden zou kunnen zijn," zei Lewis.

Roving the moon

De Volatiles Investigating Polar Exploration Rover, of VIPER, is een robot ter grootte van een golfkar, ontworpen voor de extremen en onbekenden van de zuidpool van de maan. De rover, die meerdere kilometers zal afleggen over meerdere maandagen - of ongeveer 100 aardse dagen - zal dingen beoordelen zoals in welke vorm het water zich bevindt, hoeveel ervan aanwezig is, of het meer vorst op het oppervlak is of ijs op diepte, en of er in sommige gebieden meer is dan in andere.

VIPER wordt momenteel geassembleerd in het Johnson Space Center van NASA in Houston en moet worden aangepast aan de specifieke omstandigheden die het zal tegenkomen op de zuidpool van de maan. Er is de bodem met kraters met verschillende verdichtingsniveaus, waarvoor vier onafhankelijk geregelde wielen nodig zijn die hellingen van 25 tot 30 graden aankunnen.

Er zijn drastische temperatuurschommelingen van de maan, variërend van 225 graden Fahrenheit in de zon gedurende de dag tot -400 graden in die permanente schaduwen; De vierkante vorm van VIPER beschermt de instrumenten en kalibraties van de uiterst nauwkeurige technologie zijn momenteel aan de gang om deze schommelingen te voorkomen.

Er is de duisternis zelf, waardoor de eerste koplampen nodig zijn die ooit op een rover zijn gebruikt, om plaatsen op de maan te verlichten die nog nooit zonlicht hebben gezien.

En er zijn de tegenstrijdige behoeften van wetenschap en logistiek - de wetenschap roept op tot VIPER om zijn tijd in de schaduw door te brengen, maar de rover zal ook regelmatig uit de kraters moeten klimmen om zijn batterijen in het zonlicht op te laden. De zonnepanelen van de meeste rovers bevinden zich op hun daken, maar de hoek van het polaire zonlicht vereist dat de VIPER-arrays op hun zijkanten worden gemonteerd.

De zoektocht

NASA selecteerde acht nieuwe VIPER-medeonderzoekers, deels om nieuwe ideeën en expertise naar het team te brengen. Lewis' onderzoek geeft de rover in feite een geheel nieuw wetenschappelijk instrument om de maan te onderzoeken.

Om zijn positie en oriëntatie te volgen, is VIPER uitgerust met versnellingsmeters - apparaten die doorgaans worden gebruikt om veranderingen in positie en kanteling van de rover te bepalen. Dit zijn de instrumenten die Lewis voor zijn onderzoek wil hergebruiken. De versnellingsmeters zijn extreem gevoelig; ze kunnen de minuscule verandering in zwaartekracht detecteren die je zou ervaren als er een ertsafzetting was onder de grond waarop je staat.

"Gravimetrie is gebruikt voor prospectie op aarde, je kunt zwaartekrachtafwijkingen bekijken en ze zullen je iets vertellen over de ondergrondse geologie," zei Lewis. "We zijn in staat geweest om dat op Mars te doen en de dichtheid te berekenen van de ondergrondse rotsen waar we overheen rijden. We gaan dat ook op de maan doen en proberen de verticale dichtheid van de regoliet te achterhalen en zoek naar eventuele geologische anomalieën."

VIPER maakt deel uit van NASA's Artemis-programma, een meerfasig proces om mensen terug te brengen naar de maan. Artemis I zal de eerste test zijn van de raket die uiteindelijk mensen zal vervoeren, en de lancering is gepland voor dit jaar. Artemis II, gepland voor 2023, zal met mensen aan boord om de maan draaien. Het is de bedoeling dat Artemis III in 2024 mensen op het oppervlak van de maan laat landen.

"Het is behoorlijk wild om aan de VIPER-missie te werken, parallel aan de menselijke verkenningskant met het Artemis-programma," zei Lewis. "Ook al zouden die astronauten dit water niet direct drinken, het is heel gaaf om dit te doen tegen de achtergrond van een daadwerkelijke terugkeer naar de maan."

Als lid van het wetenschappelijke team is Lewis niet betrokken bij het bouwen van VIPER, en hij zal tijdens de missie niet rechtstreeks de besturing uitvoeren. Maar sinds hij bij het team is gekomen, is hij betrokken bij gesimuleerde operaties, waarbij het team oefent met het gebruik van de technologie van de rover en het soort beslissingen neemt dat ter plekke moet worden genomen.

De missie begint echt te lijken. "Het is gewoon heel spannend om op zoek te gaan naar water dat ooit door menselijke ontdekkingsreizigers zou kunnen worden gebruikt," zei Lewis. "Water vinden dat ze ooit uit een fles zouden kunnen drinken - dat verbaast je. En natuurlijk de geologische kant ervan:de geschiedenis van de maan en de geologische en thermische evolutie van zijn korst zijn ook zeer interessante vragen." + Verder verkennen

NASA selecteert maanlocatie voor ijsjacht rover