De maan wordt steeds interessanter! Maar nu komt er 'schokkend' nieuws dat het verkennen van poolkraters veel moeilijker en gevaarlijker kan zijn dan aanvankelijk werd gedacht. Nieuw onderzoek toont aan dat wanneer de zonnewind over natuurlijke obstakels op de maan stroomt, zoals de randen van kraters aan de polen, de kraters tot honderden volt kunnen worden opgeladen. "Wat we in een notendop vinden, is dat de polaire kraters zeer ongebruikelijke elektrische omgevingen zijn, en dat er met name grote oppervlakteladingen kunnen zijn aan de onderkant van deze kraters", zegt William Farrell van Goddard Space Flight Center, hoofdauteur van een nieuw onderzoek naar de omgeving van de maan.
De oriëntatie van de maan op de zon houdt de bodems van polaire kraters in permanente schaduw, waardoor de temperatuur daar onder de min 400 graden Fahrenheit kan dalen, koud genoeg om vluchtig materiaal zoals water gedurende miljarden jaren op te slaan. En natuurlijk zijn alle bronnen die in die kraters liggen interessant voor toekomstige ontdekkingsreizigers, mocht de astronaut ooit ooit naar de maan terugkeren.
[/onderschrift]
“Ons onderzoek suggereert echter dat ontdekkingsreizigers en robots op de bodem van polaire maankraters, naast de gemene kou, ook te maken kunnen krijgen met een complexe elektrische omgeving, die de oppervlaktechemie, statische ontlading en het vasthouden van stof kan beïnvloeden, ”Zei Farrell, die deel uitmaakt van een Lunar Dream Team - het Dynamic Response of the Environment at the moon (DREAM) -project van het Lunar Science Institute, dat ook deel uitmaakt van het Lunar Science Institute van NASA.
De instroom van zonnewind in kraters kan het oppervlak aantasten, wat recent ontdekte watermoleculen aantast. Statische ontlading kan gevoelige apparatuur kortsluiten, terwijl het kleverige en extreem schurende maanstof ruimtepakken kan verslijten en gevaarlijk kan zijn als het in ruimtevaartuigen wordt gevolgd en langdurig wordt ingeademd.
De zonnewind is een dun gas van elektrisch geladen componenten van atomen - negatief geladen elektronen en positief geladen ionen - dat constant van het oppervlak van de zon de ruimte in blaast. Omdat de maan slechts een klein beetje schuin staat in vergelijking met de zon, stroomt de zonnewind bijna horizontaal over het maanoppervlak aan de polen en langs het gebied waar de dag overgaat in de nacht, de terminator genoemd.
De onderzoekers maakten computersimulaties om te ontdekken wat er gebeurt als de zonnewind over de randen van poolkraters stroomt. Ze ontdekten dat de zonnewind zich in sommige opzichten gedraagt als wind op aarde - die in diepe polaire valleien en kratervloeren stroomt. In tegenstelling tot wind op aarde, kan de dubbele elektron-ionensamenstelling van de zonnewind een ongebruikelijke elektrische lading creëren aan de zijkant van de berg of kraterwand; dat wil zeggen aan de binnenkant van de velg direct onder de zonnewindstroom.
Omdat elektronen meer dan 1000 keer lichter zijn dan ionen, haasten de lichtere elektronen in de zonnewind zich in een maankrater of vallei voor de zware ionen, waardoor een negatief geladen gebied in de krater ontstaat. De ionen halen uiteindelijk in, maar regenen in de krater bij constant lagere concentraties dan die van de elektronen. Deze onbalans in de krater zorgt ervoor dat de binnenmuren en de vloer een negatieve elektrische lading krijgen. Uit de berekeningen blijkt dat het effect van de scheiding van elektronen en ionen het meest extreem is op de lijwaartse rand van een krater - langs de binnenste kraterwand en op de kraterbodem die het dichtst bij de zonnewindstroom ligt. Langs deze binnenrand hebben de zware ionen de grootste moeite om naar de oppervlakte te komen. Vergeleken met de elektronen gedragen ze zich als een tractor-trailer die worstelt om een motorfiets te volgen; ze kunnen gewoon niet zo'n scherpe bocht maken over de bergtop als de elektronen.
"De elektronen bouwen een elektronenwolk op aan deze lijzijde van de kraterwand en -vloer, die een ongebruikelijk grote negatieve lading van een paar honderd volt kan veroorzaken ten opzichte van de dichte zonnewind die over de top stroomt," zei Farrell.
De negatieve lading langs deze lijwaartse rand zal niet voor onbepaalde tijd worden opgebouwd. Uiteindelijk zal de aantrekkingskracht tussen het negatief geladen gebied en positieve ionen in de zonnewind ervoor zorgen dat er een andere ongebruikelijke elektrische stroom gaat stromen. Het team is van mening dat een mogelijke bron voor deze stroom negatief geladen stof zou kunnen zijn dat wordt afgestoten door het negatief geladen oppervlak, wordt verzwakt en wegstroomt uit deze sterk geladen regio. 'De Apollo-astronauten in de baanomvattende Commandomodule zagen tijdens zonsopgang zwakke stralen aan de horizon van de maan, die mogelijk verstrooid licht waren van elektrisch verheven stof', zei Farrell. “Bovendien landde de Apollo 17-missie op een locatie die lijkt op een krateromgeving - de Taurus-Littrow-vallei. Het Lunar Ejecta and Meteorite Experiment achtergelaten door de Apollo 17-astronauten hebben inslagen van stof gedetecteerd op kruispunten van terminatoren waar de zonnewind bijna horizontaal stroomt, vergelijkbaar met de situatie boven polaire kraters. ”
"Dit belangrijke werk van Dr. Farrell en zijn team is een verder bewijs dat onze kijk op de maan de afgelopen jaren dramatisch is veranderd", zegt Gregory Schmidt, adjunct-directeur van het NASA Lunar Science Institute bij NASA's Ames Research Center, Moffett Field, Californië "Het heeft een dynamische en fascinerende omgeving die we pas beginnen te begrijpen."
Volgende stappen voor het team omvatten complexere computermodellen. “We willen een volledig driedimensionaal model ontwikkelen om de effecten van zonnewinduitbreiding rond de randen van een berg te onderzoeken. We onderzoeken nu de verticale uitbreiding, maar we willen ook weten wat er horizontaal gebeurt ', aldus Farrell. Al in 2012 lanceert NASA de missie Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer (LADEE) die rond de maan zal draaien en zou kunnen zoeken naar de stofstromen die zijn voorspeld door het onderzoek van het team.
Het onderzoek werd op 24 maart gepubliceerd in het Journal of Geophysical Research.
Bron: NLSI
