Как было предложено учеными в настоящее время подтверждено, что постоянно затененные лунные полярные кратеры являются эффективными ловушками для поддержания летучих веществ, таких как вода, в очень холодных кратерных полах. Анализ ударного шлейфа спутника для наблюдения и зондирования лунных кратеров (LCROSS) пастушеским спутником показал, что летучесть шлейфа на дне кратера Кабеус составляет около 4-6 мт воды наряду с присутствием 0,1-1% других сложных летучих молекул.
Температура этих лунных полярных холодных ловушек в некоторых местах составляет менее 40° K, и такие регионы считаются устойчивыми к потерям при термической десорбции. Например, наблюдения в дальнем ультрафиолетовом диапазоне показывают, что на дне многих южных полярных кратеров существует водный "морозный" слой в 1-2% ледяного реголита.
Однако поверхности полярных кратеров также подвергаются непосредственному воздействию других элементов суровой космической среды, включая плазменное напыление ионами и микрометеоритное ударное испарение. Такой нетепловой экологический процесс может обеспечить энергию непосредственно на дно холодного кратера, создавая тем самым поверхностную эрозию и летучие потери.
Хотя основное внимание уделялось сбору летучих веществ в холодноловушках, здесь мы представляем возможность того, что из холодноловушки также будет происходить устойчивый приток летучих веществ на окружающую местность, и этот перераспределенный материал будет представлять собой доступную диагностику содержания холодноловушки. Эти нетепловые процессы достаточно энергичны, чтобы создать летучий транспорт от дна кратера к прилегающим районам, расположенным наверху и прилегающим к кратеру. Ученные количественно оценивают количество воды, которое может мигрировать или "пролиться" на окружающие территории. Процессы выветривания в космической среде активизируют поверхность, высвобождая молекулы и атомы путем распыления и ударного испарения. Хотя некоторые из этих выбрасываемых молекул обладают достаточной энергией, чтобы избежать гравитационного притяжения Луны, часть выброшенного материала при меньших энергиях возвращается на поверхность поверхности Луны по баллистическим траекториям.
Последствия
Имеются два основных следствия:
- 1. Ученые прогнозируют, что в верхних районах вокруг полярных кратеров должны быть летучие вещества, которые когда-то лежали на дне кратера, но были разрушены и перенесены в результате энергетических процессов выветривания поверхности. Ученые предлагают уникальную, но правдоподобную ситуацию. Скорость поверхностного налива испаренной и разбрызганной воды в результате столкновения, что эта пролитая вода представляет собой куллы в верхние области. Возможный источник для нейтронных подавленных областей, обнаруженных вокруг постоянно затененных полярных зон. По сути, эти регионы являются совокупным интегрированным по времени результатом динамических процессов эрозии и осаждения.
- 2. Вторым следствием является наблюдение за 1-2% морозов в воде, обнаруженных в некоторых полярных кратерах прибором LRO/LAMP. В частности, если этот слой инея находится в динамическом равновесии (dnW/dt = 0 = Источники потерь), то должен быть некий неизвестный источник водяного мороза, восполняющий поверхность на ~107-8 вод/м2 с, чтобы заменить воздействие испарившихся и разбрызганных потерь воды сопоставимой величиной. Это говорит о том, что эти поверхности лунных полярных кратеров динамичны, а источник заморозков современен и не прекращается. Некоторые ученые пришли к аналогичному выводу при рассмотрении процесса напыления плазмы как процесса первичной потери.
Другие ученые обсуждали контрастный характер столкновений с микрометеоритами: Они могут доставлять ~109 вод/м2 с, но также вызывают быстрые потери энергии при столкновении. Ученые представили очень интересную дискуссию о возможном балансе микрометеорологических падающих вод и потерях десорбции Ly α в полярных кратерных полах.
Немного расширяя эту дискуссию, можно предположить, что заморозки воды вдоль дна кратера могут быть поддержаны как попаданием воды под удар микрометеоритами, так и ее последующими потерями в результате быстрого испарения, распыления и десорбции Ly α, которые могут быть приблизительно сбалансированы.
Хотя энергия диссоциации молекулы воды составляет 5 эВ (или ~ 55 000 К), существует вероятность того, что некоторая часть этих образующихся в результате столкновения вод выделяется в популяциях летучих O, OH и H, особенно учитывая, что некоторые области паров могут существенно различаться по температуре, характерной для паров, и, соответственно, по температуре.
Остаётся открытой возможность того, что часть материала, осажденная на поверхности, может быть не в своей первоначальной молекулярной форме. Распределение свободного H, высвобождающегося к верхушке, будет иметь значительно больший выход и больший диапазон по сравнению с OH и O за счет меньшей атомной массы.
2. Выброс воды в полярные кратеры через процесс испарения и выщелачивания в результате воздействия
Первоначальное предположение заключается в том, что на дне полярного кратера скапливаются поверхностные воды (морозы), застрявшие на дне полярного кратера. Источник этого мороза точно не определен. Как ни парадоксально, но моделируемые здесь процессы космической среды, как представляется, имеют контрастную природу: Плазма солнечного ветра является источником поверхностных вод (имплантация H и OHсоздание) и процесс потери (распыление).
Микрометеориты также являются как источником воды (водопад), так и процессами быстрой потери (ударное испарение). В качестве источника воды низкоширотные протоны солнечного ветра могут быть преобразованы в воду, термически мигрирующую в направлении полюсов. Источником воды может быть и микрометаллический инфалл.
Ученые разработали и построили модель Монте-Карло для моделирования летучих выбросов микрометеоритов. Микрометеориты весом 108 кг наиболее эффективны при неуклонном изменении поверхности. Поэтому ученые сосредоточились на этих импакторах, падающих на поверхность полярного кратерного дна. В частности, они исследовали площадь дна кратера 100 м × 100 м и определили частоту ударов на эту поверхность в течение ~11 дней (106 с). Используя скорости потока ударного элемента, они оценивают, что в дневное время ~11 поверхность 100 м × 100 м будет перехвачена 1 относительно большим ударным элементом 107 кг, около 9 ударными элементами 108 кг, 90 ударными элементами 109 кг и 900 ударными элементами 1010 кг (т.е. скорость потока ударного элемента будет почти противоположна их размерам).
Заключение
Ученые пришли к выводу, что космическая среда может питать энергией богатый летучими веществами пол постоянно затененных кратеров, высвобождая летучие вещества в молекулярном/атомном масштабе, которые могут быть выброшены на окружающий рельеф. Например, плотность водной поверхности в окружающих районах около образцового полярного кратера может быть около 1011 вод/м2 при накоплении за лунную ночь.
Эти летучие вещества могут быть использованы при разведке: Посадочная миссия робототехники не требует обязательно войти непосредственно в суровый, затенённый полярный кратер, чтобы определить природу летучих организмов. Система могла бы исследовать окружающую кромку полярного кратера, чтобы определить характер и количество летучих веществ, которые находятся на дне кратера.
Можно представить себе бункерный шлюз, перемещающийся от кратера к кратеру, чтобы определить, какой из южных полярных кратеров обладает наибольшим содержанием летучих веществ. Ландер-хоппер может совершить последний прыжок в самый богатый полярный кратер для оценки источника.
Для поддержания равновесия ледового реголита ~1%, наблюдаемого LRO/LAMP, необходимо присутствие некоторых современных динамических источников воды, учитывая темпы потерь в нашей модели воздействия и распыления. Вероятным источником может быть стремительное падение метеорологических осадков, а также образование воды под воздействием солнечного ветра в более низких широтах. Однако динамический источник пока не установлен.
