달에 널리 분포된 얼음 퇴적물

NASA의 LRO(Lunar Reconnaissance Orbiter) 임무의 새로운 데이터 분석에 따르면, 달 먼지와 암석(레골리스)에 얼음이 쌓이는 것은 이전에 생각했던 것보다 더 광범위합니다. 얼음은 미래의 달 탐사에 귀중한 자원이 될 것입니다. 물은 방사선 보호와 인간 탐험가 지원에 사용될 수 있으며, 수소와 산소 성분으로 분해하여 로켓 연료, 에너지, 호흡 가능한 공기를 만들 수 있습니다.

이전 연구에서는 Cabeus, Haworth, Shoemaker 및 Faustini 분화구 내부를 포함하여 달 남극 근처의 더 큰 영구적 그림자 영역(PSR)에서 얼음 흔적을 발견했습니다. 새로운 연구에서 "우리는 남극 밖, 적어도 남위 77도 방향의 PSR 내에 물 얼음의 광범위한 증거가 있다는 것을 발견했습니다." 메릴랜드주 그린벨트에 있는 NASA 고다드 우주 비행 센터의 Timothy P. McClanahan 박사가 말했습니다. 그는 이 연구에 대한 논문의 주저자이며, 10월 2일에 Planetary Science Journal 에 게재되었습니다.

이 연구는 지도를 제공하고 얼음이 발견될 가능성이 높은 곳과 낮은 곳을 보여주는 표면 특성을 식별하여 달 탐사 계획자에게 도움을 주며, 그 이유에 대한 증거도 제공합니다. McClanahan은 "우리의 모델과 분석에 따르면 가장 큰 얼음 농도는 75켈빈(-198°C 또는 -325°F) 이하의 PSR의 가장 차가운 위치와 PSR의 극지방 경사면 바닥 근처에서 발생할 것으로 예상됩니다."라고 말했습니다.

"우리는 PSR의 얼음 퇴적물의 양을 정확하게 결정할 수 없고, 건조한 풍화층 아래에 ​​묻혀 있는지 확인할 수 없습니다. 그러나 우리는 이러한 퇴적물 위에 있는 각 표면 1.2제곱야드(제곱미터)에 대해 주변 지역과 비교했을 때 표면 상단 3.3피트(미터) 내에 적어도 약 5쿼트(5리터)의 얼음이 더 있을 것으로 예상합니다."라고 McClanahan은 말했습니다. 이 연구는 또한 주로 더 따뜻하고 주기적으로 조명이 비추는 지역 쪽으로 더 적거나 작거나 농도가 낮은 얼음 퇴적물이 예상되는 곳을 매핑했습니다.

얼음은 혜성과 유성 충돌을 통해 달의 레골리스에 이식되거나, 달 내부에서 증기(가스)로 방출되거나, 태양풍의 수소와 레골리스의 산소 사이의 화학 반응으로 형성될 수 있습니다. PSR은 일반적으로 달 극지방 근처의 지형적 움푹 들어간 곳에서 발생합니다. 태양 각도가 낮기 때문에 이러한 지역은 수십억 년 동안 햇빛을 보지 못했기 때문에 끊임없이 극한의 추위에 있습니다. 얼음 분자는 운석, 우주 복사 또는 햇빛에 의해 레골리스에서 반복적으로 떨어져 나와 달 표면을 가로질러 이동하여 극한의 추위에 갇힌 PSR에 도달할 때까지 이동하는 것으로 생각됩니다. PSR의 지속적으로 차가운 표면은 아마도 수십억 년 동안 표면 근처의 얼음 분자를 보존할 수 있으며, 그곳에서 채굴할 수 있을 만큼 풍부한 매장지로 축적될 수 있습니다. 얼음은 직사광선에 노출된 표면에서 빠르게 사라지는 것으로 생각되어 축적이 불가능합니다.

이 팀은 LRO의 달 탐사 중성자 탐지기(LEND) 기구를 사용하여 중간 에너지의 "열수" 중성자를 측정하여 얼음 퇴적물의 흔적을 감지했습니다. 구체적으로, 이 팀은 고정된 18.6마일(30km) 직경 시야를 가진 LEND의 열수 중성자용 콜리메이트 센서(CSETN)를 사용했습니다. 중성자는 폭발하는 별과 같은 강력한 심우주 사건에서 발생하는 고에너지 은하 우주선에 의해 생성되며, 이는 달 표면에 충돌하고, 레골리스 원자를 분해하고, 중성자라고 하는 아원자 입자를 흩뜨립니다. 최대 약 3.3피트(미터) 깊이에서 발생할 수 있는 중성자는 레골리스를 통과하여 다른 원자와 충돌합니다. 일부는 우주로 향하여 LEND에서 감지할 수 있습니다. 수소는 중성자와 거의 같은 질량이기 때문에 수소와의 충돌은 중성자가 대부분의 일반적인 레골리스 원소와의 충돌보다 상대적으로 더 많은 에너지를 잃게 합니다. 따라서 레골리스에 수소가 존재하는 경우, 그 농도는 관찰된 중간 에너지 중성자의 수에 상응하는 감소를 일으킵니다.

"우리는 모든 PSR이 동일한 수소 농도를 가지고 있다면 CSETN이 면적의 함수로 수소 농도를 비례적으로 감지해야 한다는 가설을 세웠습니다. 따라서 더 큰 면적의 PSR 쪽으로 더 많은 수소가 관찰되어야 합니다."라고 McClanahan은 말했습니다.

이 모델은 수소 강화 PSR이 CSETN 고정 영역 시야에서 어떻게 유사하게 감지되는지를 보여준 이론적 연구에서 개발되었습니다. 이 상관관계는 1.5제곱마일(4km2)에서 417제곱마일(1079km2)까지의 영역을 가진 502개 PSR의 중성자 방출을 사용하여 입증되었으며, 이는 주변 의 수소 강화가 덜한 영역과 대조되었습니다. 이 상관관계는 예상대로 작은 PSR에서는 약했지만 더 큰 영역의 PSR로 갈수록 증가했습니다.

이 연구는 LRO 프로젝트 과학 팀, NASA 고다드 우주 비행 센터의 인공지능 워킹 그룹, NASA 보조금 수여 번호 80GSFC21M0002의 후원을 받았습니다. 이 연구는 NASA의 LRO Diviner 방사계와 Lunar Orbiter Laser Altimeter 기기를 사용하여 수행되었습니다. LEND 기기는 러시아 우주국인 Roscosmos가 우주 연구소(IKI)에서 개발했습니다. LEND는 NASA 고다드 우주 비행 센터의 LRO 우주선에 통합되었습니다. LRO는 메릴랜드주 그린벨트에 있는 NASA 고다드 우주 비행 센터에서 워싱턴에 있는 NASA 본부의 과학 임무국을 위해 관리합니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/10/241003123252.htm