作者:冯维维 来源:中国科学报 发布时间:2021/9/24 15:09:57
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2023年,美国将发射月球车到月球背面找冰
有助揭开数十亿年来太阳系起源和演化的奥秘

 

NASA的VIPER漫游者(如图)将探索月球南极寻找冰。图片来源:NASA Ames/Daniel Rutter

据《自然》杂志官网报道,美国航天局(NASA)宣布,计划将其下一个月球车降落在月球南极附近一个叫作诺比尔的陨石坑旁。但一些科学家质疑,这个将于2023年发射的计划是否能可靠地找到它要寻找的月球冰。

这项名为“挥发物极地探索漫游者”(VIPER)的任务旨在研究月球表面的冰,这些冰可以作为一种资源,例如作为未来宇航员的火箭燃料成分。到目前为止,尚未有任何航天器访问过月球南极,但那里却有着巨大的科学前景:因为几乎没有阳光,其冰储藏中或含有关于数十亿年来太阳系起源和演化的信息。VIPER将使用各种方法在月球土壤中寻找冰,包括打1米深的钻孔。

全球范围内的探月活动正在加速进行,中国、韩国、印度和俄罗斯等国家都在进行相关任务。在这些努力中,NASA的目标是通过将宇航员送往月球南极附近的某个地方,重拾1969年载人登月的辉煌。这一目标计划在2024年年底完成,但由于预算和其他限制可能会推迟。

在宇航员着陆前,NASA将向月球发射一批机器人航天器。其中包括VIPER,这将是首个提供月球极地冰地面测量的任务。NASA计划为建造和运行VIPER花费约4.33亿美元。宾夕法尼亚州匹兹堡的一家私营太空机器人科技公司将花费2.26亿美元把VIPER送到月球表面。如果一切顺利,VIPER在诺比尔陨石坑附近的着陆点着陆后,将在100多天的时间里行驶25公里或更多,同时测绘冰层,并在一些地方钻孔。

NASA选择诺比尔陨石坑以西的区域作为VIPER的着陆点,以上为数据可视化显示。图片来源:NASA

一些研究人员担心,9月20日宣布的着陆点不能保证有充足的冰。到目前为止,科学家只能根据轨道飞行器的数据来估计极地冰的浓度。根据这些信息,诺比尔陨石坑内部和周围确实有冰,包括在几个永远看不到太阳光线的阴影区域。“我们确实有很多关于那里有水冰的数据——我们不是盲目的。”西卡罗莱纳大学的行星科学家Amy Fagan说。

但一些人指出,月球极地冰似乎是一小块一小块分布的——有些地方表面结霜,而另一些地方的冰冻结得更深,甚至连VIPER的钻头都无法到达。“并非到处都是水冰。”帕萨迪纳加州理工学院的行星科学家Bethany Ehlmann说,“我们的去向要参考这些细节。”

印第安纳州圣母大学的地球科学研究者Clive Neal补充说,VIPER甚至可能不会遇到水,不过相关信息可以帮助未来的寻冰任务找到更好的目标地点。

自2017年时任美国总统特朗普要求NASA将宇航员送到月球以来,许多月球科学家一直在努力确定南极周围的区域,机器人航天器或宇航员在那里最有可能发现冰或其他有趣的地质地形,从而进一步探索。

NASA选择诺比尔陨石坑作为VIPER的部分原因是,它提供了多种可以在月球土壤中研究冰的位置。这个决定的其他因素包括:VIPER可以很容易地穿越地形,太阳能驱动的漫游者有足够的阳光定期给电池充电,陨石坑与地球有良好的视线,因此工程师可以直接与航天器通信。

该机构承认,VIPER目前还没有诺比尔周围冰层位置的详细地图。“这正是我们前进的原因。”加州NASA艾姆斯研究中心研究员、VIPER项目科学家Anthony Colaprete说,“任何新信息都会比我们现在掌握的信息更具启发性。”

但一些科学家表示,如果NASA计划发射另一颗名为“月球开拓者”(Trailblazer)的小型卫星,VIPER的情况会更好。“月球开拓者”号的任务是绘制月球上的水地图。研究人员表示,VIPER团队可以利用这些地图,绘制出探测器在100天的快速任务中可以有效前往诺比尔的哪些部分。Neal表示:“如果没有在VIPER之前同时推出“月球开拓者”,那就错失了一个机会。

NASA格伦研究中心的研究人员在模拟的月球地形上测试VIPER模型。图片来源:NASA

Ehlmann是“月球开拓者”号的首席研究员,他说,该探测器将在2023年2月发射,比VIPER早得多,如果NASA发现更早的发射机会,可能会为VIPER制作更先进的地图。然而,NASA计划将“月球开拓者”号保留到2025年,届时它将与另一艘与月球无关的航天器一起前往太空。

美国月球科学家今年8月在月球探索分析小组的一次会议上讨论了这个问题,该小组向NASA提供月球活动方面的信息。同时担任该组织主席Fagan说,他们支持尽快发射“月球开拓者”,但即便没有它,VIPER也会成功。

NASA支持首先发射VIPER。位于华盛顿特区的NASA行星科学部主任Lori Glaze说,“我们绝对有足够的知识来执行VIPER任务”。Neal认为,这两项任务都应该被视作长期寻找月球极地水的开始,NASA和其他国家的太空机构可以在太空探索计划中协调测绘及冰的开采。

尽管存在担忧,但VIPER将为科学家提供迄今为止最好的观测月球南极周围冰层的方法。探测车可以探测到土壤中极低水平的冰,重量不足十分之一。位于戈尔登的科罗拉多矿业学院的行星科学家Kevin Cannon说,“由于这种敏感性,我认为有很大的机会发现可探测到的冰。”

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https://doi.org/10.1038/d41586-021-02578-4

 
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