LCROSS και LRO: Δύο αποστολές για την αναζήτηση νερού στη Σελήνη

Άρθρο, Δεκέμβριος 2008

Το Φεγγάρι είναι το πιο αγαπημένο αντικείμενο των ανθρώπων πάνω στον ουρανό. Είναι κοντά στη Γη με τα αστρονομικά στάνταρτ και είναι εύκολο στον καθένα να δει ακόμα και λεπτομέρειες στην επιφάνεια της, που είναι ορατές ακόμη και με τα μικρότερα τηλεσκόπια.

Η τελευταία φορά που επισκέφθηκε ο άνθρωπος το φεγγάρι ήταν το Δεκέμβριο του 1972 με την αποστολή Απόλλων 17. Ενώ η τελευταία επανδρωμένη αποστολή Lunar Prospector έγινε πριν από 10 χρόνια.

Η NASA έχει προγραμματίσει να ξεκινήσει το 2009 μια νέα φάση εξερεύνησης του φεγγαριού, με δύο αποστολές του ίδιου προγράμματος. Η πρώτη αποστολή περιλαμβάνει ένα διαστημόπλοιο που ονομάζεται Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO). Αποτελεί μέρος του στόχου των ΗΠΑ για επιστροφή τους στη Σελήνη μέχρι το έτος 2020, την δημιουργία μιας σεληνιακής βάσης και τελικά την αποστολή ανθρώπων στον Άρη.

Το διαστημόπλοιο LRO αναμένεται να πετάξει τον Απρίλιο του 2009

Το διαστημόπλοιο LRO θα είναι ένα μη επανδρωμένο διαστημόπλοιο που θα χαράξει το δρόμο για τη μελλοντική εξερεύνηση της Σελήνης. Όπως και οι προ-Απόλλων αποστολές Ranger και Surveyor στη δεκαετία του 1960, έτσι και το LRO θα επιδιώξει να βρει τον καλύτερο δυνατό τόπο προσεδάφισης για τις επανδρωμένες αποστολές.

Το διαστημόπλοιο θα χρειαστεί περίπου τέσσερις ημέρες για να φτάσει στο φεγγάρι, και θα πρέπει να είναι σε χαμηλή πολική τροχιά γύρω από το φεγγάρι για τουλάχιστον ένα έτος. Θα βρίσκεται περίπου 50 χιλιόμετρα μόνο πάνω από τη σεληνιακή επιφάνεια για να είναι σε θέση έτσι να συλλαμβάνει υψηλής ευκρίνειας φωτογραφίες της.

Θα μεταφέρει έξι όργανα μεταξύ των οποίων, κάμερες υψηλής ευκρίνειας, ένα όργανο με λέιζερ για τη μέτρηση του υψόμετρου διαφόρων πιθανών τοποθεσιών για την προσγείωση των μελλοντικών αποστολών, ένα τηλεσκόπιο κοσμικών ακτίνων για να μελετήσει τις επιπτώσεις της ακτινοβολίας, ένα ραδιόμετρο για τη μέτρηση των επιφανειακών θερμοκρασιών, καθώς και ραντάρ για τη χαρτογράφηση των πολικών περιοχών και την έρευνα για την παρουσία υδάτινου πάγου στην επιφάνεια.

Έχει νερό η Σελήνη;

Οι άνθρωποι νομίζουν ότι δεν υπάρχει πάγος ή νερό στο φεγγάρι, επειδή η Σελήνη δεν έχει ατμόσφαιρα. Όμως, όταν ο ήλιος πέφτει στην σεληνιακή επιφάνεια, η θερμοκρασία αυξάνεται έως και 120 βαθμούς Κελσίου, γεγονός που αναγκάζει το όποιο νερό υπάρχει, αν υπάρχει βέβαια, να εξατμιστεί. Ας σημειωθεί πως και οι μεγάλες θερμοκρασιακές διαφορές μεταξύ ημέρας και νύκτας (πάνω από 250 Βαθμούς Κελσίου), καθιστούν σχεδόν απαγορευτική την ύπαρξη του νερού.

Οι μόνες πιθανές τοποθεσίες, λοιπόν, όπου μπορεί να υπάρχει πάγος στη Σελήνη είναι στο Νότιο και Βόρειο Πόλο. Εκεί βρίσκονται κάποιοι κρατήρες που στους πυθμένες τους οι ακτίνες του ήλιου δεν φθάνουν ποτέ. Η θερμοκρασία εκεί δεν ξεπερνά τους 40 βαθμούς πάνω από το απόλυτο μηδέν ή -233 Βαθμοί Κελσίου, έτσι επιτρέπει την ύπαρξη νερού υπό μορφή αιώνιου πάγου.

Λιγοστές ενδείξεις για την παρουσία νερού στη Σελήνη είχαμε από τα διαστημικά σκάφη Clementine και Lunar Prospector της NASA, το 1994 και το 1999 αντίστοιχα. Και τα δύο αυτά σκάφη ανίχνευσαν ίχνη παγωμένου νερού σε περιοχές κρατήρων των πόλων της Σελήνης που βρίσκονται σε αιώνια σκιά. Όμως, τα στοιχεία που συλλέχθηκαν από το ραντάρ του Clementine και από τον φασματογράφο νετρονίων του Lunar Prospector δεν αρκούν για την εξαγωγή οριστικών συμπερασμάτων.

Γι αυτό το 2006 η NASA αποφάσισε να στείλει μια νέα αποστολή, την LCROSS (Lunar Crater Observation and Sensing Satellite) με την οποία αναμένεται να δοθεί οριστική απάντηση στο ζήτημα της παρουσίας νερού στη Σελήνη.

Η ύπαρξη αποθεμάτων νερού στη Σελήνη, έστω και στη μορφή πάγου, θα είναι απολύτως αναγκαία στις μελλοντικές προσπάθειες του ανθρώπου να πάει όχι μόνο στη Σελήνη, αλλά και στον Άρη. Γιατί το επόμενο βήμα της NASA είναι να φτιάξει διαστημική βάση στη Σελήνη μέχρι το 2020. Έτσι το νερό που θα βρεθεί θα μπορούσε να ικανοποιήσει όχι μόνο τις ανάγκες σε πόσιμο νερό των αστροναυτών, αλλά και να χρησιμοποιηθεί για την καλλιέργεια φυτών και συνεπώς την παραγωγή τροφής, ή να διασπασθεί σε υδρογόνο (το οποίο θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί ως καύσιμο πυραύλων) και οξυγόνο (για την ανανέωση του αέρα του σταθμού). Θα μπορούσε επίσης να χρησιμεύσει ως ασπίδα των αστροναυτών κατά της επικίνδυνης κοσμικής ακτινοβολίας.

Όπως καταλαβαίνουν όλοι η ανακάλυψη νερού στη Σελήνη είναι πολύ σημαντική για το μέλλον των δραστηριοτήτων του ανθρώπου πάνω στο Φεγγάρι.

Αποστολή LCROSS

Εκτός από το διαστημόπλοιο LRO, η  NASA δρομολογεί (μεταξύ Μαΐου και Αυγούστου 2009) και την εκτόξευση της διαστημοσυσκευής Lunar CRater Observation and Sensing Satellite ή LCROSS για να ψάξει κι αυτή για νερό σε παγωμένη μορφή στο φεγγάρι, αλλά με μια διαφορετική τεχνική.

Καθώς το διαστημόπλοιο αυτό θα προσεγγίζει στο Νότιο Πόλο του φεγγαριού, το πάνω μέρος του LCROSS (ο Κένταυρος ή ο πάνω όροφος του πυραύλου Atlas V - ο οποίος θα λειτουργήσει ως βλήμα) θα ξεχωρίσει.  Πέφτοντας στην επιφάνεια του φεγγαριού κοντά στο Νότιο Πόλο με ταχύτητα πάνω από 9.000 χιλιόμετρα την ώρα, θα ανοίξει έναν κρατήρα. Η έκρηξη αυτή θα ισοδυναμεί με περίπου 900 χιλιόγραμμα TNT (ή ενέργεια 6.5 δισ. joules).  Ο κρατήρας που θα δημιουργηθεί πιστεύεται πως θα έχει διάμετρο 28 μέτρα και βάθος 5 μέτρα. Ελπίζεται δε να κτυπήσει πάνω στον ρεγόλιθο που περιέχει τουλάχιστον 0,5% νερό σε μορφή πάγου.

Ο κρατήρας που θα ανοιχθεί είναι πολύ μεγαλύτερος από εκείνον που δημιουργήθηκε κατά την πρόσκρουση του Lunar Prospector το οποίο ζύγιζε 158 kg μόνο και προσέκρουσε στη Σελήνη με ταχύτητα 1.700 m/sec και υπό γωνία 6 μόλις μοιρών. Οι θερμοκρασίες οι οποίες θα αναπτυχθούν από την πρόσκρουση δεν θα είναι αρκετά υψηλές ώστε να προκαλέσουν εξάτμιση των υλικών που θα εκτιναχθούν (το 90% περίπου των υλικών αυτών δεν θα εξατμιστεί) ενώ η λάμψη που θα δημιουργηθεί θα είναι αρκετά έντονη αλλά σύντομης διάρκειας (κάτω των 100 msec) και θα καταγραφεί από το φωτομετρικό όργανο του δεύτερου τμήματος S-S/C.

Υπολογίζεται πως το μεγαλύτερο μέρος των θραυσμάτων της σκόνης και πιθανά μόρια πάγου θα εκτιναχθούν προς τα πάνω με ταχύτητα μεγαλύτερη των 250 m/sec. Αναμένεται να φθάσουν σε ύψος μεγαλύτερο των 6 km από την επιφάνεια της Σελήνης και να απλωθούν σε απόσταση 40 km περίπου προς όλες τις κατευθύνσεις.

Από το LCROSS αποσπάται το πρώτο μέρος -Κένταυρος - για να πέσει στη Σελήνη. Ακολουθεί το δεύτερο μέρος S-S/C με τα όργανα

Το δεύτερο τμήμα του LCROSS με την ονομασία Shepherd Spacecraft ή S-S/C, που ζυγίζει 700 kg και εκτός από τα όργανα πλοήγησης και ελέγχου θα μεταφέρει και 5 κάμερες, 3 φασματοσκόπια και ένα φωτομετρικό όργανο για την εκτέλεση μετρήσεων. Το δεύτερο αυτό τμήμα θα ακολουθήσει την ίδια σχεδόν διαδρομή με τον Κένταυρο , αλλά με καθυστέρηση 10 λεπτών, έτσι ώστε να διέλθει μέσα από το νέφος των αερίων και της σκόνης που θα σχηματιστεί.

Αν αυτό το νέφος περιέχει ίχνη πάγου, αυτός θα εξατμιστεί υπό την επίδραση της ηλιακής ακτινοβολίας. Οι υπεριώδεις ακτίνες του ήλιου θα διασπάσουν τότε τα μόρια του νερού σε ιόντα H και OH ενώ τα φασματοσκόπια του S-S/C θα ανιχνεύσουν το νερό στην περιοχή του εγγύς υπερύθρου, ενώ η χαρακτηριστική ακτινοβολία που εκπέμπει το OH στα 308 νανόμετρα, θα είναι δυνατό να ανιχνευθεί τόσο από τα όργανα του S-S/C όσο και από επίγεια ή διαστημικά τηλεσκόπια.

Το S-S/C θα μεταδίδει τις μετρήσεις των οργάνων του στη Γη μέχρις ότου προσκρούσει και αυτό στην επιφάνεια της Σελήνης σε απόσταση μερικών χιλιομέτρων από το Κένταυρο. Από την πρόσκρουση του Κενταύρου προβλέπεται ότι θα εκτιναχθούν 900 τόνοι υλικών, ενώ από την πρόσκρουση του S-S/C 350 τόνοι. Η πρόσκρουση του S-S/C θα γίνει σε απόσταση 10 km από αυτή του Κενταύρου, και η παρατήρηση του δεύτερου νέφους θα επιτρέψει την ανίχνευση ενδεχόμενης ανομοιογένειας στην κατανομή του υδρογόνου στις υπό μελέτη περιοχές. Τα θραύσματα δε των δύο νεφών που θα δημιουργηθούν δεν θα είναι ορατά με γυμνό μάτι από τη Γη, αλλά ένα τηλεσκόπιο θα είναι αρκετό για την παρατήρηση τους.

Όταν γίνει η πρόσκρουση η Σελήνη θα βρίσκεται ψηλά στον ουρανό της Χαβάης, έτσι ώστε η ομάδα επιστημόνων του LCROSS να μπορεί να παρατηρήσει τα σχηματιζόμενα νέφη με το ισχυρό τηλεσκόπιο ITF (Infrared Telescope Facility). Αλλά τα νέφη θα είναι επίσης ορατά και από ερασιτέχνες αστρονόμους στη δυτική ακτή των ΗΠΑ και στην Ιαπωνία. Από τις παραπάνω παρατηρήσεις και μετρήσεις αναμένεται να δοθεί απάντηση στο ερώτημα αν υπάρχει ή όχι νερό (υπό μορφή πάγου) σε επαρκείς ποσότητες στους πόλους της.