Μελετώντας πώς τα σεισμικά κύματα κινούνται μέσα από το παγωμένο έδαφος στη Γη, ένας γεωφυσικός βοήθησε στην ανάπτυξη μιας πιο αποτελεσματικής μεθόδου για την ανίχνευση υδάτινου πάγου στη Σελήνη.
Κάτω από τους κρατήρες της Σελήνης
Κάτω από τους μόνιμα σκιασμένους πολικούς κρατήρες της Σελήνης, ο υδάτινος πάγος μπορεί να βρίσκεται κρυμμένος μακριά από τα όργανα σε τροχιά. Οι ερευνητές πιστεύουν τώρα ότι αυτές οι θαμμένες αποθέσεις θα μπορούσαν να εντοπιστούν ακούγοντας για αλλαγές στις δονήσεις που ταξιδεύουν μέσα από το σεληνιακό έδαφος.
Γεωλόγοι από το Πανεπιστήμιο του Μέριλαντ, το Εθνικό Εργαστήριο Lawrence Berkeley και το Πανεπιστήμιο της Χαβάης διαπίστωσαν ότι τα σεισμικά κύματα, οι ίδιες δονήσεις που καταγράφονται κατά τη διάρκεια σεισμών, θα μπορούσαν να αποκαλύψουν και να χαρτογραφήσουν τον πάγο κάτω από την επιφάνεια της Σελήνης.
Δημοσιεύτηκε στο Science Advances, τα ευρήματα έρχονται καθώς η NASA προετοιμάζεται να στείλει αστροναύτες προς τη νότια πολική περιοχή της Σελήνης μέσω του προγράμματος Artemis, με στόχο τις προσγειώσεις με πλήρωμα για το 2028. Ο πάγος που διατηρείται μέσα στις βαθιές σκιές των πολικών κρατήρων θα μπορούσε να γίνει ένας από τους πιο χρήσιμους τοπικούς πόρους που είναι διαθέσιμοι στους μελλοντικούς εξερευνητές.
Μόλις λιώσει και καθαριστεί, ο σεληνιακός πάγος θα μπορούσε να παρέχει πόσιμο νερό. Η ηλεκτρική ενέργεια θα μπορούσε επίσης να τον διαχωρίσει σε οξυγόνο για αναπνοή και υδρογόνο για καύσιμο πυραύλων, μειώνοντας την ποσότητα υλικού που θα έπρεπε να μεταφέρουν από τη Γη οι μεγάλες αποστολές και τα μόνιμα φυλάκια.
«Είναι ζωτικής σημασίας να εντοπιστούν τυχόν υλικά στη Σελήνη που μπορεί να χρησιμοποιήσει ένας αστροναύτης όσο βρίσκεται εκεί πάνω», δήλωσε ο Nicholas Schmerr, αναπληρωτής καθηγητής στο Τμήμα Γεωλογικών, Περιβαλλοντικών και Πλανητικών Επιστημών του UMD και συν-συγγραφέας της μελέτης. «Δεδομένου ότι θα περιορίζονται από τους λίγους πόρους που έφεραν από τη Γη, οτιδήποτε βρουν στη Σελήνη θα τους βοηθήσει ουσιαστικά να ζήσουν από τη γη, ειδικά για μακροπρόθεσμες αποστολές ή φυλάκια».
Τα σεισμικά κύματα μπορούν να διερευνήσουν βαθύτερα
Η ποσότητα και η κατανομή του σεληνιακού πάγου παραμένουν αβέβαιες. Οι δορυφόροι μπορούν να εξετάσουν τη Σελήνη από τροχιά, αλλά οι παρατηρήσεις τους περιορίζονται σε μεγάλο βαθμό στο πιο ρηχό στρώμα εδάφους. Ορισμένες αποθέσεις μπορεί να είναι θαμμένες πολύ πιο κάτω από την επιφάνεια, όπου οι σεισμικές μετρήσεις θα μπορούσαν να παρέχουν μια πιο καθαρή εικόνα.
Η αρχή βασίζεται σε μια μετρήσιμη διαφορά μεταξύ ξηρού και παγωμένου εδάφους. Ο πάγος κάνει το υλικό γύρω του πιο άκαμπτο, επιτρέποντας στις σεισμικές δονήσεις να ταξιδεύουν δύο έως τρεις φορές πιο γρήγορα από ό,τι κινούνται μέσα από το ξηρό έδαφος. Οι περιοχές πλούσιες σε πάγο μπορεί επίσης να αντανακλούν τη σεισμική ενέργεια αντί να της επιτρέπουν να συνεχίζεται μέσα από το έδαφος, παράγοντας ένα φαινόμενο παρόμοιο με τον ήχο που αντηχεί από έναν τοίχο.
Σύμφωνα με τον Schmerr, ένα σωστά τοποθετημένο σεληνιακό σεισμόμετρο θα μπορούσε να καταγράψει και τις δύο υπογραφές.
«Μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε σεισμικά κύματα όχι μόνο για να δούμε αν υπάρχει πάγος αλλά και κατά προσέγγιση πόσος από αυτόν υπάρχει», εξήγησε.
Τρεις δοκιμές παρήγαγαν το ίδιο σήμα
Οι ερευνητές εξέτασαν την ιδέα μέσω τριών συμπληρωματικών προσεγγίσεων. Ο επικεφαλής συγγραφέας Harrison Lisabeth (Ph.D. '16, γεωλογία), απόφοιτος του UMD και φυσικός πετρωμάτων στο Εθνικό Εργαστήριο Lawrence Berkeley, ξεκίνησε με ηφαιστειακό πέτρωμα από την Αριζόνα που μοιάζει πολύ με τη σκόνη της Σελήνης όταν συνθλίβεται.
Η Lisabeth πάγωσε το υλικό και στη συνέχεια χρησιμοποίησε ακτίνες Χ για να παρατηρήσει πώς συλλέγεται ο πάγος μέσα στα μικροσκοπικά ανοίγματα μεταξύ των κόκκων του. Αυτό το πείραμα βοήθησε να διαπιστωθεί πώς μπορεί να δομηθεί το παγωμένο σεληνιακό έδαφος κάτω από την επιφάνεια.
Ο συν-συγγραφέας Matthew Siegler του Πανεπιστημίου της Χαβάης δημιούργησε λεπτομερή μοντέλα θερμοκρασίας της νότιας πολικής περιοχής της Σελήνης. Οι χάρτες εντόπισαν κρατήρες που παρέμειναν αρκετά κρύοι για να διατηρήσουν τον πάγο για δισεκατομμύρια χρόνια.
Στο UMD, ο Schmerr προσομοίωσε μικρούς σεληνιακούς σεισμούς που διέσχιζαν αποθέσεις θαμμένου σεληνιακού πάγου. Σε όλη την εργαστηριακή εργασία, τη μοντελοποίηση θερμοκρασίας και τις προσομοιώσεις σε υπολογιστή, η παρουσία πάγου παρήγαγε σαφείς, μετρήσιμες αλλαγές στα σεισμικά σήματα.
Ο σεληνιακός πάγος διατηρεί ένα αρχαίο αρχείο
Ο πάγος στη Σελήνη θα μπορούσε να παρέχει περισσότερα από απλώς προμήθειες για τους αστροναύτες. Οι μόνιμα σκιασμένοι κρατήρες μπορούν να παγιδεύσουν και να παγώσουν πτητικές ουσίες όπως το νερό, διατηρώντας τες με μικρή διαταραχή για τεράστια χρονικά διαστήματα.
Επειδή ορισμένοι σεληνιακοί βράχοι είναι περίπου τεσσάρων δισεκατομμυρίων ετών, ο παγιδευμένος πάγος ανάμεσά τους μπορεί να διατηρεί στοιχεία από την πρώιμη ιστορία του ηλιακού συστήματος. Η εξέταση αυτών των αποθέσεων θα μπορούσε να βοηθήσει τους επιστήμονες να διερευνήσουν πώς το νερό έφτασε στους εσωτερικούς πλανήτες.
«Η Σελήνη έγινε μάρτυρας ορισμένων από τα πιο κρίσιμα μέρη του πρώιμου ηλιακού συστήματος, συμπεριλαμβανομένου του τρόπου με τον οποίο παραδόθηκε το νερό», δήλωσε ο Schmerr. «Η μελέτη του πάγου που έχει αποτεθεί εκεί θα μπορούσε να αποκαλύψει πώς εξαπλώθηκε το νερό και τελικά πώς σχηματίστηκαν οι ωκεανοί της Γης».
Οι επερχόμενες αποστολές μπορούν να δοκιμάσουν την πρόβλεψη
Οι μελλοντικές σεληνιακές αποστολές μπορεί σύντομα να δώσουν την πρώτη ευκαιρία για αναζήτηση των προβλεπόμενων σεισμικών μοτίβων. Η αποστολή Chang'e-7 της Κίνας αναμένεται να προσγειωθεί κοντά στον κρατήρα Shackleton στα τέλη του 2026 με ένα σεισμόμετρο στο πλοίο. Αρκετά ύποπτα αποθέματα πάγου βρίσκονται κοντά.
Οι αστροναύτες του Artemis της NASA ενδέχεται να ακολουθήσουν το 2028 αναπτύσσοντας τον Σταθμό Παρακολούθησης Σεληνιακού Περιβάλλοντος, ένα όργανο που ο Schmerr βοήθησε να αναπτυχθεί για σεισμική εξερεύνηση. Τα δεδομένα από αυτά τα όργανα θα μπορούσαν να δείξουν εάν οι φυσικές σεληνιακές δονήσεις αποκαλύπτουν θαμμένο πάγο με τον τρόπο που προβλέπουν οι ερευνητές.
«Τα ευρήματά μας θέτουν τις βάσεις για μια παρατήρηση που θα έχουμε τα επόμενα δύο χρόνια», δήλωσε ο Schmerr. «Κανείς δεν έχει μετρήσει ακόμη φυσικά τον πάγο στη Σελήνη, αλλά τώρα έχουμε μια πρόβλεψη για το τι πρέπει να προσέξουμε. Αυτό είναι ένα σημαντικό πρώτο βήμα».
www.worldenergynews.gr
