Астронавтите на Аполон затопляха Луната

Ново проучване хвърля светлина върху стара мистерия около странни лунни показания от местата за кацане на Аполон.

Полуосветена Земя, заснета над лунния хоризонт по време на Аполон 17.
НАСА

Нова находка може да е решила стара мистерия: какво е причинило аномалните показания за топлина от инструментите, които астронавтите Аполон оставиха на Луната?

През 1971 и 1972 г. мисиите Apollo 15 и 17 разполагат пакети от лунни повърхностни експерименти Apollo (ALSEP), които включват набор от монитори за топлинен поток (HFE). ALSEP пакетите, проектирани за изследване на лунната вътрешност за продължителен период от време, са захранвани от плутониев радиоизотопен термоелектричен генератор (RTG), за да оцелеят през две седмици лунна нощ.

Астронавтите поставиха HFE мониторите на няколко метра в лунната повърхност, за да получат достъп до почва необезпокояван от месечния цикъл ден / нощ. Лунните учени планираха да използват данните за измерване на потока на топлина от ядрото на Луната към повърхността, с надеждата да характеризират геоложката активност на Луната.

Изненадващо, изследователите забелязаха, че температурата на реголита се повишава постепенно както на площадките Аполон 15, така и на Аполо 17, с 1.8 до 3.6 F (от 1 до 2 ° С). Затоплянето продължи, докато сензорите замлъкнаха през 1977 г. Топлинният градиент намалява и в двете места в една и съща степен, а затоплянето беше по-очевидно на плитки дълбочини, отколкото по-дълбоко надолу. HFE сензорите на Луната бяха поставени достатъчно далеч от ALSEP RTG, че радиоактивната топлина не е фактор, така че какво затопля почвата?

Съвет от различията в мисията в разположението на сензорите: астронавтите Аполон 15 имаха проблем с пробиването в лунната почва и не успяха да достигнат целевата 2, 5-метрова дълбочина за своя HFE сензор. Аполон 17 разполагаше с подобрен механизъм за пробиване и астронавтите успяха да поставят сензора по-дълбоко. Всъщност данните от сензорите Apollo 15 не се считат за валидни, докато не бъдат сравнени със сензорите Apollo 17 години по-късно. Астронавтите са инсталирали множество различни сензори на множество дълбочини както на площадките на Apollo 15 и 17.

Забележително е, че по-плитките сензори първо видяха аномалното нагряване - точно това, което бихте очаквали, ако нагревателният механизъм идваше от повърхността, вместо от сърцевината отдолу.

Сайтът Apollo 15 ALSEP, като на преден план е HFE power box. Кабелите към детекторите змий в долния десен ъгъл. Сянката на преден план е тази на астронавта Дейвид Скот.
НАСА

Сега ново проучване, публикувано в списанието за геофизични изследвания на American Geophysical Union : Планетите използва данни, възстановени от средата на 70-те години, за да демонстрира причината за това аномално нагряване: самите астронавти.

„В процеса на инсталиране на инструментите може в действителност да нарушите повърхностната топлинна среда на мястото, където искате да направите някои измервания“, Seiichi Nagihara (Texas Tech University), свързан в скорошна публикация в блога на AGU.

Диаграма на типичен сайт за внедряване на ALSEP.
НАСА

Да разреши една мистерия., ,

Наближава се HFE сензор, разположен на повърхността на Луната.
Аполон 17 / НАСА

Проучването не би било възможно без някои детективски работи. НАСА е архивирала данни само от 1971 до 1974 г., съхранявайки ги на магнитна лента в Националния център за космически науки в Центъра за космически полети Годард в Грийнбелт Мериленд. Но данните, събрани в по-късни години, изчезнаха.

Пробив дойде, когато изследователите откриха допълнителен набор от 440 архивни касети в Националния център за записи на Вашингтон в Съйтланд, Мериленд. Тогава изследователите се натъкнаха на набор от седмични дневници със стотици показания на температурата на топлинния поток, които се запълваха в пропуските от 1973 до 1977 г. Тези дневници бяха съхранявани в Лунарния и планетарен институт в Хюстън, Тексас.

Загряване на Луната

Допълнителните данни разрешиха мистерията на затоплящата се Луна: докато астронавтите се разхождаха и караха лунния роувър около обекта, те нарушаваха гладката повърхност на Луната. Потъналата повърхност по-добре абсорбира топлината от слънчевата светлина.

За тези, които често вдигат поглед към Луната, това заключение може да изглежда странно в началото. Знаем, че въпреки че пълната Луна изглежда ярко перлено бяла, нейното албедо или отражателна способност всъщност е доста ниско (средно 12%), приблизително същото като износения асфалт. Астронавтите описват лунния прах като цвят и текстура с въглищен прах. Материалът потъмнява с течение на времето поради взаимодействие със слънчевия вятър, процес, наречен космическо изветряване. Под това тъмно повърхностно покритие е по-отразяващ материал - ето защо ярките излъчващи лъчи обграждат по-нови кратери, тъй като ударът е изкопал по-ярък материал под повърхността. Така че човек може да си помисли, че нарушаването на повърхността би изложило по-ярки материали.

Въпреки това, въпреки че е по-отразяващ, реголитът под прашната повърхност е по-груб - и камъчетата могат да се задържат за загряване по-дълго, отколкото може да има фин прах. И тъй като астронавтите смущавали праха, те излагали този по-груб, по-абсорбиращ топлината материал и затопляли повърхността.

Тъмни следи по повърхността на Луната, причинени от роувъра. Аполон 15 беше първата „J мисия“, включваща лунен греб.
Аполон 17 / НАСА

„Основна информация бяха фотографските изображения, получени от камерата на Lunar Rconnaisance Orbiter (LRO)“, казва Нагихара. LRO е снимал местата за кацане на Аполон от ниска лунна орбита, предоставяйки доказателства, които подкрепят показанията на температурата. "Изображенията показват, че местата, където астронавтите са ходили и са карали гребците си, стават по-тъмни, поглъщайки повече слънчева топлина, отколкото по-ярка почва."

LRO изобразява мястото за кацане на Apollo 15: обърнете внимание на по-тъмното петно ​​(горе вляво), причинено от астронавтската активност, докато настройвате ALSEP пакета.
НАСА / LRO / НАСА Годард / Аризонски държавен университет

Последици за бъдещите мисии

Тази констатация ще повлияе на начина, по който в бъдеще се поставят експерименти върху Луната. „Всеки път, когато разгърнем или кацнем нещо на Луната, тя променя повърхностната топлинна среда на тази околност“, казва Нагихара. "Учените и инженерите трябва да вземат това предвид при проектирането на следващото поколение инструменти за топлинен поток за бъдещи лунни мисии за кацане."

Планираните мисии показват, че далеч не сме приключили с нашето изследване на Луната: Китай стартира своя орбитър за лунен реле Queqiao наскоро, като се подготвя за първото автоматизирано кацане на лунния борд по-късно тази година. Сегашната траектория на НАСА също отново измести фокуса на своята екипирана програма за проучване обратно към Луната, която ще започне с роботизирани мисии на лунната повърхност.

Близо половин век след мисиите на Аполон новата наука от данните, които те върнаха, може да повлияе на планирането на тези бъдещи мисии.