Lunar Trailblazer, die NASA-Mission unter der Leitung von Caltech in Pasadena, Kalifornien, um das Mondwasser und den Wasserkreislauf des Mondes zu verstehen, ist dem Start im nächsten Jahr einen Schritt näher gekommen. Anfang dieses Monats lieferte das Jet Propulsion Laboratory der Agentur in Südkalifornien ein wichtiges wissenschaftliches Instrument an Lockheed Martin Space in Colorado, und die Teams integrierten es mit dem kleinen Satelliten oder SmallSat.
Das Instrument namens High-resolution Volatiles and Minerals Moon Mapper (HVM3) ist eines von zwei auf Lunar Trailblazer. HVM3 wird Wasser auf der Mondoberfläche erkennen und kartieren, um seine Häufigkeit, Lage, Form und seine Veränderung im Laufe der Zeit zu bestimmen. Diese Informationen werden Daten über den Wasserkreislauf des Mondes liefern und dazu beitragen, zukünftige bemannte Missionen darüber zu informieren, wo Wasservorräte gefunden und als Ressource gewonnen werden können.
„Die Kalibrierung und Integration von HVM3 ist ein wichtiger Meilenstein, denn nach drei Jahren harter Arbeit hat das Team unser wichtigstes wissenschaftliches Instrument geliefert. Dies ist eine sehr aufregende Zeit“, sagte Walton Williamson, Systemingenieur am JPL und HVM3-Instrumentenmanager.
Das andere Instrument, der Infrarot-Multispektral-Imager Lunar Thermal Mapper, wird von der Universität Oxford im Vereinigten Königreich entwickelt und soll Anfang 2023 ausgeliefert und integriert werden.
Exquisite Sensibilität
Lunar Trailblazer wurde 2019 im Rahmen des Small Innovative Missions for Planetary Exploration (SIMPLEx)-Programms der NASA ausgewählt und ist mit seinen vollständig entfalteten Solarmodulen nur 3,5 Meter breit, ist aber ein kompaktes Raumschiff mit weitreichenden Zielen.
Während frühere Beobachtungen bestätigt haben, dass der Mond Wasser auf seiner Oberfläche hat, ist wenig über seine Verteilung oder Form bekannt. HVM3, ein bildgebendes Spektrometer, wird diese Wissenslücke schließen, indem es die spektralen Fingerabdrücke – oder Wellenlängen des reflektierten Sonnenlichts – der verschiedenen Wasserformen über der Mondlandschaft abbildet, um hochauflösende Karten zu erstellen.
Zum Beispiel könnten Wassermoleküle in Mondgestein und Regolith – zerbrochenes Gestein und Staub – eingeschlossen sein und sich für kurze Zeit als Reif in kalten Schatten niederlassen. Wenn sich die Sonne während des Mondtages über den Himmel bewegt, bewegen sich auch die Schatten, radeln diese Wassermoleküle in die Exosphäre des Mondes und transportieren sie an andere kalte Orte, wo sie sich erneut als Reif niederlassen können. Die wahrscheinlichsten Orte, an denen Wassereis in beträchtlichen Mengen gespeichert wird, sind dauerhaft beschattete Krater an den Mondpolen, die wichtige Ziele für Wissenschaft und Erforschung sind.
Um zwischen diesen verschiedenen Wasserformen zu unterscheiden, wie sie sich bewegen und wo sie sich befinden, hat HVM3 zwei Hauptmerkmale, die es von anderen Spektrometern unterscheiden. Das erste ist seine Fähigkeit, einen breiten Bereich von Infrarotwellenlängen zu erkennen, die leicht von verschiedenen Formen von Wasser absorbiert werden. Die zweite ist seine Empfindlichkeit gegenüber diesen Wellenlängen: HVM3 ist so konzipiert, dass es auf niedrige Beleuchtungsstärken empfindlich reagiert, was entscheidend für die Enthüllung von Wasser sein wird, das in den dunkelsten Kratern des Mondes gefunden werden kann.
„Die Messung der permanent im Schatten liegenden Regionen der Mondoberfläche wird der schwierigste Teil der Mission sein“, sagte David R. Thompson, Senior Research Scientist am JPL und HVM3-Instrumentenwissenschaftler. „Um Eis auf den Böden dieser Krater zu beobachten, die seit Äonen kein Sonnenlicht gesehen haben, werden wir Licht verwenden, das von benachbarten sonnenbeleuchteten Kraterwänden gestreut wird.“
Thompson vergleicht dies mit einem Bankschuss im Basketball, wenn ein Spieler einen Schuss macht, der vom Brett in den Korb springt. Sonnenphotonen – die Quantenteilchen des Lichts – prallen oder streuen von den sonnenbeschienenen Hängen des Kraters ab und werden in die dauerhaft beschatteten Kraterböden umgeleitet. Dieses Licht kann über tausendmal dunkler sein als direktes Sonnenlicht, was eine hervorragende Instrumentenempfindlichkeit erfordert.
Wo HVM3 nach Wasser sucht, wird Lunar Thermal Mapper die Temperatureigenschaften der Mondoberfläche detailliert beschreiben. Zusammen werden sie den Wissenschaftlern ein tieferes Wissen darüber liefern, wie sich die Oberflächentemperatur auf die Wasserverteilung auf dem Mond auswirkt.
„Diese Mission wurde maßgeschneidert, um das anhaltende Geheimnis des Mondwassers zu lüften, indem wir seine Verteilung kartographierten und uns dabei halfen zu verstehen, ob es in Mondmaterial eingeschlossen ist oder die Oberfläche an kalten Stellen als Eis bedeckt“, sagte Bethany Ehlmann, die Direktorin von Lunar Trailblazer Ermittler bei Caltech. „Ich bin sehr stolz auf das Trailblazer-Team, dass es diesen wichtigen Meilenstein der Instrumentenlieferung abgeschlossen hat. Jetzt konzentrieren wir uns auf die nächsten Phasen, während wir uns der Markteinführung nähern.“