Een pluim verdampt water stijgt op uit een maanlander die op het maanoppervlak staat. Deze illustratie toont de mogelijkheid dat uitlaatstralen van een raketpluim van een lander kunnen interageren met vluchtig materiaal in permanent met ijs bedekte gebieden op de Maan. Deze locaties bevatten vaak een overvloed aan waterijs in de bovenste paar meter van de maanregoliet. Dergelijke materialen worden beschouwd als een potentiële hulpbron voor toekomstige menselijke bewoning en verkenning van de zuidpool van de maan. (Kunstwerk:Paul Byrne/NC State University)

Raketpluimen van een lander die in de buurt van de zuidpool van de maan probeert te landen, kunnen de waterijsafzettingen daar verstoren, wat toekomstige missies op zoek naar deze bevroren hulpbronnen mogelijk kan bemoeilijken, volgens een nieuw onderzoek van de North Carolina State University.

De onderzoekers creëerden een computermodel om beter te begrijpen hoe de raketpluim van de lander zou interageren met verschillende soorten terrein en ijsafzettingen op de zuidpool van de maan, waar zonlicht nooit de bodem van kraters en andere soortgelijke structuren bereikt. Het is bekend dat deze permanent beschaduwde gebieden, of PSR's, behoorlijk koud zijn, en er wordt aangenomen dat vele ondiepe reservoirs met waterijs bevatten die toekomstige astronauten mogelijk zouden kunnen gebruiken als bron van drinkwater, raketbrandstof en zuurstof.

"Wat we ontdekten was zeer verrassend:terwijl we probeerden veilig in de PSR's te landen, konden sommige raketten onbedoeld ejecta naar buiten werpen en het oppervlak zo erg verstoren dat het verhindert dat instrumenten zoals het Diviner-instrument van de Lunar Reconnaissance Orbiter duidelijk genoeg kunnen zien om de werkelijke hoeveelheid waterijs aanwezig in de PSR’s”, zegt Paul Hayne, professor aan het NC State Department of Marine, Earth and Atmospheric Sciences en hoofdauteur van een artikel waarin het onderzoek wordt beschreven.

De maanmonsters die door Apollo-missies werden meegebracht, bevatten tot 1% water, maar deze werden verzameld in gebieden op lage breedtegraden die aan hitte zouden zijn blootgesteld en daarom aanzienlijk zouden zijn uitgedroogd in de miljarden jaren sinds ze zich hebben gevormd. In permanent beschaduwde gebieden denken wetenschappers dat waterijs veel dichter bij het maanoppervlak bewaard zou kunnen worden.

Water en andere vluchtige stoffen worden momenteel nauwlettend in de gaten gehouden door NASA, die de maan-PSR’s heeft geïdentificeerd als een doelwit met hoge prioriteit voor robotmissies en mogelijk bemande missies. De komende Artemis III-robotmissie zal bijvoorbeeld een rover naar de Shackleton-krater sturen, een van de koudste permanent beschaduwde gebieden op de zuidpool, om informatie te verzamelen over de verspreiding van waterijs.

"Het begrijpen van de aard en de verspreiding van waterijs op de maanpolen is uiterst belangrijk omdat dit informatie kan geven over de selectie en operaties van de landingsplaatsen van ruimtevaartuigen, het toekomstige gebruik van hulpbronnen in situ, potentiële wetenschappelijke ontdekkingen en het uiteindelijke gebruik en de verkenning van deze koude, donkere gebieden", zegt Hayne. zegt.

Hayne en voormalig Ph.D. student en co-auteur Paul Byrne, nu professor aan de Washington University in St. Louis, voerde hun computermodel onder verschillende scenario's uit op vijf potentiële Artemis-landingsplaatsen. De verschillende scenario's varieerden van harde, ijsvrije rotsachtige oppervlakken tot oppervlakken met tot 60% ijs in de toplaag van regoliet. Ze modelleerden ook twee hypothetische raketmotoren die verschillende niveaus van brandstof en stuwkracht gebruikten.

De uitlaatpluim van de raket zou waterijs nabij de lander verdampen, waardoor grote dampwolken zouden ontstaan. Deze wolken kunnen zich honderden meters naar beneden en honderden meters boven het oppervlak uitstrekken, waardoor op effectieve wijze alle gegevens worden verborgen die instrumenten voor oppervlaktekartering anders hadden kunnen zien. De modellen van het team lieten echter ook zien dat een efficiëntere motor de omvang van de dampwolken zou kunnen verkleinen, waardoor duidelijkere oppervlakteobservaties mogelijk zouden worden.

‘Als we teruggaan naar de maan, is het belangrijk om een ​​accuraat beeld te hebben van de locatie en de hoeveelheid ijsafzettingen op de maan, zodat we dienovereenkomstig plannen kunnen maken voor toekomstige missies’, zegt Byrne. "En we moeten in staat zijn om te opereren met minimale impact op deze PSR's - enkele van de meest ongerepte omgevingen in ons zonnestelsel - om ervoor te zorgen dat we hun wetenschappelijke waarde als laboratoria niet verstoren om het klimaat en de wateropstellingen in het verleden te begrijpen. Maan."

Referentie

"Beoordeling van waterijsdetectie in permanent beschaduwde maangebieden via ontgassing van landers tijdens afdalings- en opstijgoperaties", Paul O. Hayne, Paul K. Byrne, Journal of Geophysical Research, DOI:10.1029/2021JE007018.