Lunar Trailblazer, la mission de la NASA dirigée par Caltech à Pasadena, en Californie, pour comprendre l’eau lunaire et le cycle de l’eau de la lune, est sur le point de se lancer l’année prochaine. Plus tôt ce mois-ci, le Jet Propulsion Laboratory de l’agence en Californie du Sud a livré un instrument scientifique clé à Lockheed Martin Space dans le Colorado, et les équipes l’ont intégré au petit satellite, ou SmallSat.
L’instrument, appelé High-resolution Volatiles and Minerals Moon Mapper (HVM3), est l’un des deux sur Lunar Trailblazer. HVM3 détectera et cartographiera l’eau à la surface de la lune pour déterminer son abondance, son emplacement, sa forme et son évolution dans le temps. Ces informations fourniront des données sur le cycle lunaire de l’eau et aideront à informer les futures missions humaines sur les endroits où les réserves d’eau peuvent être trouvées et extraites en tant que ressource.
« L’étalonnage et l’intégration de HVM3 sont une étape majeure, car après trois ans de travail acharné, l’équipe a livré notre instrument scientifique clé. C’est une période très excitante », a déclaré Walton Williamson, ingénieur système au JPL et responsable de l’instrument HVM3.
L’autre instrument, l’imageur multispectral infrarouge Lunar Thermal Mapper, est en cours de développement par l’Université d’Oxford au Royaume-Uni et devrait être livré et intégré début 2023.
Sensibilité exquise
Sélectionné dans le cadre du programme Small Innovative Missions for Planetary Exploration (SIMPLEx) de la NASA en 2019, Lunar Trailblazer ne mesure que 11,5 pieds (3,5 mètres) de large avec ses panneaux solaires entièrement déployés, mais il s’agit d’un vaisseau spatial compact avec des objectifs de grande envergure.
Alors que les observations passées ont confirmé que la lune a de l’eau à sa surface, on sait peu de choses sur sa distribution ou sa forme. HVM3, un spectromètre imageur, comblera ce manque de connaissances en cartographiant les empreintes digitales spectrales – ou les longueurs d’onde de la lumière solaire réfléchie – des différentes formes d’eau sur le paysage lunaire pour créer des cartes à haute résolution.
Par exemple, les molécules d’eau pourraient être enfermées à l’intérieur de la roche lunaire et du régolithe – roche brisée et poussière – et elles pourraient se déposer pendant de courtes périodes sous forme de givre dans les ombres froides. Au fur et à mesure que le soleil se déplace dans le ciel pendant la journée lunaire, les ombres se déplacent également, cyclant ces molécules d’eau dans l’exosphère de la lune et les transportant vers d’autres endroits froids où elles peuvent se déposer à nouveau sous forme de givre. Les endroits les plus susceptibles de contenir de la glace d’eau en quantités importantes sont les cratères ombragés en permanence aux pôles lunaires, qui sont des cibles clés pour la science et l’exploration.
Pour différencier ces différentes formes d’eau, comment elles se déplacent et où elles se trouvent, HVM3 possède deux caractéristiques clés qui le distinguent des autres spectromètres. Le premier est sa capacité à détecter une large gamme de longueurs d’onde infrarouges qui sont facilement absorbées par différentes formes d’eau. La seconde est sa sensibilité à ces longueurs d’onde : HVM3 est conçu pour être sensible aux faibles niveaux d’éclairage, qui seront essentiels pour révéler l’eau qui peut être trouvée dans les cratères les plus sombres de la lune.
« Mesurer les régions ombragées en permanence de la surface lunaire sera la partie la plus difficile de la mission », a déclaré David R. Thompson, chercheur principal au JPL et scientifique de l’instrument HVM3. « Pour observer la glace sur les sols de ces cratères qui n’ont pas vu la lumière du soleil depuis des éternités, nous utiliserons la lumière diffusée par les parois des cratères éclairés par le soleil voisins. »
Thompson compare cela à un coup de banque au basket-ball, lorsqu’un joueur fait un tir qui rebondit du panneau arrière dans le panier. Les photons solaires – les particules quantiques de lumière – rebondissent ou se dispersent sur les pentes ensoleillées du cratère et sont redirigés vers les fonds du cratère ombragés en permanence. Cette lumière peut être plus de mille fois plus faible que l’éclairage solaire direct, ce qui nécessite une excellente sensibilité des instruments.
Là où HVM3 cherchera de l’eau, Lunar Thermal Mapper détaillera les propriétés de température de la surface de la lune. Ensemble, ils fourniront aux scientifiques une connaissance plus approfondie de la façon dont la température de surface affecte la distribution de l’eau sur la lune.
« Cette mission a été conçue sur mesure pour percer le mystère persistant de l’eau de la lune en cartographiant sa distribution tout en nous aidant à comprendre si elle est enfermée dans la matière lunaire ou si elle recouvre la surface sous forme de glace dans les points froids », a déclaré Bethany Ehlmann, directrice de Lunar Trailblazer. chercheur à Caltech. « Je suis extrêmement fier de l’équipe Trailblazer pour avoir franchi cette étape importante de la livraison des instruments. Nous nous concentrons maintenant sur les prochaines phases à l’approche du lancement. »