LRO在月亮的面临坡道的斜坡上显示月球氢气更丰富

2018-05-16

最近的月球勘测轨道器观测显示,在南半球面对月球南极的火山口斜坡上,氢的沉积物可能会稍微更丰富。 / em

太空旅行是困难和昂贵的 - 要向月球发射一瓶水需要花费数千美元。最近在月球上发现的含氢分子,可能包括水在内,让探险家们兴奋不已,因为如果这些矿床足够丰富,可以开采这些矿床,从而节省从地球带来水的大量费用。月球水可用于饮用或其组件 - 氢气和氧气 - 可用于制造表面未来的月球访客需要的重要产品,如火箭燃料和可呼吸空气。

NASA的月球勘测轨道器(LRO)最近的观测表明,这些沉积物可能在南半球面对月球南极的火山口斜坡上略微丰富。 “美国国家航空和航天局戈达德太空飞行中心的蒂莫西麦克拉纳汉说:”在面向斜坡(PFS)上的平均氢气量约为百万分之二十三(百万分之一),高于赤道面斜坡(EFS)。 Greenbelt,马里兰州。

这是第一次探测到月球PFS和EFS之间氢丰度的广泛地球化学差异。这相当于LRO的月球探测中子探测器(LEND)仪器检测到的中子信号差异的百分之一。 McClanahan是一篇关于这项研究的论文的主要作者,该论文在10月19日在线杂志Icarus上发表。

团队解释了广泛的LEND检测到的超热中子数量减少,表明氢气存在于PFS上。他们将LEND的数据与月球地形图和LRO LOLA仪器(月球轨道器激光测高仪)衍生的照明图以及LRO的Diviner仪器(Diviner Lunar Radiometer Experiment)的温度图结合起来,以发现PFS中氢的丰度和相关表面状况。含氢物质是挥发性的(容易气化),并且可以是松散结合到月球表面的水分子(与氧原子结合的两个氢原子)或羟基分子(与氢结合的氧)的形式。根据McClanahan的说法,PFS和EFS之间差异的原因可能与太阳如何将冷冻水从较暖的地方再分配到地球表面较冷的地方相似。

“在北半球,如果你在降雪后晴朗的一天出门,你会注意到在朝北的斜坡上有更多的积雪,因为他们以比较阳光明媚的朝南斜坡更慢的速度减水”,McClanahan说。 。 “我们认为月球上的挥发物也出现了类似的现象--PFS的阳光不如EFS,所以这种易挥发的物质停留时间更长,并可能在PFS上产生更大程度的积聚。”

研究小组观察到月球南半球地形中PFS的氢丰度较高,南纬从50到60度之间。靠近南极的斜坡表现出较大的氢浓度差异。另外,在更大的PFS上检测到更高浓度的氢,在极附近约45ppmw。空间较宽的斜坡比较小的斜坡提供更多的可检测信号。结果表明PFS具有比其周围区域更大的氢浓度。另外,根据McClanahan所述,较大EFS的LEND测量结果与其周围区域并不形成对比,这表明EFS的氢浓度与周围环境相等。该小组认为,北半球陨石坑的PFS中也可能发现更多的氢,但他们仍在收集和分析该地区的LEND数据。

月球上有氢的不同来源。彗星和一些小行星含有大量的水,这些物体的影响可能会给月球带来氢气。通过与太阳风相互作用,也可在月球表面产生含氢分子。太阳风是一股不断被太阳吹走的细小气体。它大部分是氢气,这种氢气可能与硅酸盐岩石中的氧气和月球上的灰尘相互作用,形成羟基和可能的水分子。在这些分子到达月球之后,人们认为它们被阳光充电,然后在月球表面反弹;并且他们被卡住了,至少暂时在更冷,更阴暗的地方

自20世纪60年代以来,科学家们认为只有在月球附近陨石坑中永久阴暗的地区才能够积聚这种挥发性物质,但包括LRO在内的一些航天器最近的观测表明,月球上的氢更为广泛。

氢气足够丰富还不确定以经济的方式开采。 “我们正在探测的数量仍然比地球上最干燥的沙漠还要干燥,”麦克拉纳汉说。然而,LEND仪器的分辨率大于大多数PFS的尺寸,因此较小的PFS斜率(可能接近码尺寸)可能具有显着更高的丰度,并且迹象表明最大的氢浓度在永久阴影区域内to McClanahan

团队使用LRO的LEND仪器进行观测,该仪器通过计算从月球表面飞出的称为中子的亚原子粒子的数量来检测氢。中子在月球表面被宇宙射线轰击时产生。宇宙射线弥漫着宇宙线,宇宙射线是由太阳耀斑或深空爆炸星等强大事件产生的高速粒子。宇宙射线粉碎了月球表面附近物质中的原子,产生了像台球一样从原子弹回原子的中子。一些中子碰巧反弹回太空,在那里它们可以被中子探测器计数。

宇宙射线碰撞中的中子具有很宽的速度范围,而氢原子在中速范围阻止中子时效率最高,称为超热中子。与月球表面的氢原子碰撞减少了飞入太空的超热中子的数量。存在的氢越多,LEND检测器计数的超热中子越少。

“在北半球,如果您在降雪后晴朗的一天出门在外,您会注意到朝北的斜坡上会有更多的积雪,因为它们的减水率比更阳光的朝南的斜坡“,McClanahan说。 “我们认为月球上的挥发物也出现了类似的现象--PFS的阳光不如EFS,所以这种容易汽化的物质停留时间更长,并可能在更大程度上累积PFS。”

除了看看月球北半球是否存在相同的模式之外,该团队还希望了解氢气丰度是否随着从白天到夜晚的过渡而发生变化。根据McClanahan的说法,如果是这样,它将证实现有证据表明在月球表面有非常活跃的氢气生产和循环。

该研究由美国宇航局LRO任务资助。 LEND由俄罗斯联邦航天局Roscosmos提供。 LRO于2009年6月18日推出,收集了七种强大的数据库,为我们对月球的认识做出了宝贵的贡献。 LRO由美国国家航空航天局位于马里兰州格林贝尔特的戈达德太空飞行中心负责管理华盛顿NASA总部的科学任务局。

出版物:T.P. McClanahan等人,“含氢挥发物隔离到月球南极面向斜坡的证据”,2014年10月19日,伊卡洛斯; DOI:10.1016 / j.icarus.2014.10.001

资料来源:美国宇航局戈达德太空飞行中心Bill Steigerwald

图片:NASA / GSFC /亚利桑那州立大学