Ερευνητές στο Μητροπολιτικό Πανεπιστήμιο του Τόκιο χρησιμοποίησαν προσομοιώσεις για να δείξουν ότι ένα μικρό, πρόσφατα αναπτυγμένο τηλεσκόπιο ακτίνων Χ θα μπορούσε να βοηθήσει στη δημιουργία ενός χημικού χάρτη ολόκληρης της σεληνιακής επιφάνειας. Ένας τέτοιος χάρτης θα ήταν ένα σημαντικό βήμα προς την κατανόηση του πώς σχηματίστηκε, άλλαξε και εξελίχθηκε η Σελήνη με την πάροδο του χρόνου.
Η λεπτομερής μοντελοποίησή τους, η οποία περιελάμβανε ανιχνευτές τηλεσκοπίου και μια ρεαλιστική δορυφορική αποστολή σε τροχιά σε τροχιά σελήνης, πρότεινε ότι ένα τηλεσκόπιο θα μπορούσε να χαρτογραφήσει και τα πέντε βασικά στοιχεία σε περίπου δύο χρόνια. Μια μεγάλη σειρά ανιχνευτών πέντε επί πέντε μπορεί να παράγει πιο ευκρινείς χάρτες και να κάνει τη δουλειά πιο γρήγορα.
Χαρτογράφηση της Χημείας της Σελήνης
Η γεωλογική ιστορία της Σελήνης δεν είναι ακόμη πλήρως κατανοητή. Ένας μεγάλος λόγος είναι ότι οι επιστήμονες δεν έχουν ακόμη έναν πλήρη γεωχημικό χάρτη της σεληνιακής επιφάνειας. Δεδομένου ότι οι ερευνητές δεν μπορούν απλώς να συλλέξουν δείγματα από κάθε μέρος της Σελήνης, πρέπει να βασίζονται σε μεθόδους τηλεπισκόπησης.
Μία από αυτές τις μεθόδους είναι η απεικόνιση φθορισμού με ακτίνες Χ. Σε αυτή τη μέθοδο, οι ανιχνευτές είναι στραμμένοι προς τη Σελήνη για να συλλάβουν τις ακτίνες Χ που εκπέμπονται από ορισμένα στοιχεία αφού χτυπηθούν από την ηλιακή ακτινοβολία. Αυτά τα σήματα μπορούν να βοηθήσουν στην αποκάλυψη ποια στοιχεία υπάρχουν σε διαφορετικές περιοχές της επιφάνειας.
Γιατί είναι δύσκολοι οι πλήρεις σεληνικοί χάρτες
Προηγούμενες παρατηρήσεις από τις αποστολές Apollo και Chandrayaan παρήγαγαν χρήσιμους μερικούς χάρτες, αλλά ένας πλήρης παγκόσμιος χάρτης εξακολουθεί να λείπει. Η δημιουργία ενός είναι τεχνικά δύσκολη για πολλούς λόγους. Οι αποστολές έχουν περιορισμένο χρόνο για να συλλέξουν αρκετά σήματα ακτίνων Χ που οδηγούνται από το φως του ήλιου και οι ανιχνευτές μπορούν να υποβαθμιστούν για μεγάλες περιόδους στο διάστημα.
Το πρόβλημα είναι ιδιαίτερα δύσκολο κοντά στους πόλους της Σελήνης. Σε αυτές τις περιοχές, οι ηλιακές ακτίνες Χ είναι αδύναμες, καθιστώντας δύσκολη τη συλλογή των σημάτων που απαιτούνται για την ανίχνευση επιφανειακών στοιχείων.
Ένα συμπαγές τηλεσκόπιο ακτίνων Χ για σεληνιακή τροχιά
Για να ξεπεραστούν αυτά τα εμπόδια, μια ομάδα με επικεφαλής την Irie Toida του Μητροπολιτικού Πανεπιστημίου του Τόκιο και τον καθηγητή Yuichiro Izo πρότειναν τη χρήση ενός συμπαγούς τηλεσκοπίου ακτίνων Χ σε έναν δορυφόρο σε τροχιά από το φεγγάρι. Το τηλεσκόπιο θα επιτρέψει την παρατήρηση ευρειών περιοχών της σεληνιακής επιφάνειας κατά τη διάρκεια ισχυρών ηλιακών εκλάμψεων, όταν ο Ήλιος εκπέμπει πιο έντονο φωτισμό ακτίνων Χ.
Τα παραδοσιακά τηλεσκόπια ακτίνων Χ είναι συχνά πολύ μεγάλα και βαριά για τέτοιες αποστολές. Αντίθετα, το συμπαγές τηλεσκόπιο της ομάδας σχεδιάστηκε αρχικά για τη μελέτη της μαγνητόσφαιρας της Γης και ζυγίζει λιγότερο από δέκα κιλά. Το μικρό του μέγεθος μπορεί να το κάνει πρακτικό για μακροχρόνιες δορυφορικές παρατηρήσεις σελήνης.
Ο ανιχνευτής έχει επίσης δοκιμαστεί σε συνθήκες ακτινοβολίας πολύ υψηλότερες από αυτές που αναμένονταν σε σεληνιακή τροχιά. Αυτή η σταθερότητα μπορεί να υποστηρίξει ισχυρή, ευρείας περιοχής, απεικόνιση υψηλής ανάλυσης σε μια εκτεταμένη αποστολή.
Η προσομοίωση δείχνει τη διαδρομή προς έναν χάρτη πανσελήνου
Στη συνέχεια, οι ερευνητές πρόσθεσαν τις προδιαγραφές του τηλεσκοπίου σε μια αριθμητική προσομοίωση για να ελέγξουν εάν μια δορυφορική αποστολή θα μπορούσε να χαρτογραφήσει με επιτυχία το φεγγάρι. Υποθέτοντας 300 ηλιακές εκλάμψεις ετησίως και ένα τηλεσκόπιο σε έναν δορυφόρο σε τροχιά γύρω από τη σελήνη, η προσομοίωση δείχνει ότι ολόκληρη η επιφάνεια της Σελήνης μπορεί να χαρτογραφηθεί για πέντε στοιχεία (οξυγόνο, σίδηρος, μαγνήσιο, αλουμίνιο, πυρίτιο) σε δύο χρόνια χρησιμοποιώντας ένα μέγεθος πλέγματος 70 x 70 km.
Επειδή το τηλεσκόπιο είναι τόσο συμπαγές, η ομάδα δοκίμασε επίσης έναν δορυφόρο που έφερε το τηλεσκόπιο σε διάταξη πέντε επί πέντε. Σύμφωνα με προσομοιώσεις, αυτό το σύστημα τηλεσκοπίων 25 θα μπορούσε να μειώσει τον χρόνο αποστολής κατά ένα χρόνο. Με δύο χρόνια λειτουργίας, μπορεί επίσης να χαρτογραφήσει το νάτριο, ενώ βελτιώνει το μέγεθος του πλέγματος στα 30 x 30 km.
Ένα νέο παράθυρο για τη σεληνιακή γεωλογία
Εάν οποιαδήποτε ιδέα της αποστολής γίνει πραγματικότητα, θα παράγει τον πρώτο πλήρη χάρτη στοιχειακών αφθονιών σε ολόκληρη τη Σελήνη. Το επίτευγμα θα δώσει στους επιστήμονες ένα ισχυρό νέο εργαλείο για τη μελέτη της σεληνιακής γεωλογίας και την ανακατασκευή της μακράς και πολύπλοκης ιστορίας του φεγγαριού.
Αυτή η εργασία υποστηρίχθηκε από την JSPS KAKENHI με αριθμό επιχορήγησης 21H04972.
