Η φετινή αποστολή Chang'e-7 της Κίνας φιλοδοξεί να είναι η πρώτη στον κόσμο που θα επιχειρήσει να συλλέξει και να μετρήσει απευθείας νερό στη Σελήνη. Ωστόσο, επιστήμονες προειδοποιούν ότι ακόμη και η απλή επαφή με το σεληνιακό πάγο μπορεί να οδηγήσει στην απώλειά του.
Το διαστημόπλοιο αναμένεται να προσεδαφιστεί κοντά στο χείλος του κρατήρα Shackleton, στον νότιο πόλο της Σελήνης. Εκεί, θα αναπτύξει ένα όχημα και ένα “χοππερ” για την αναζήτηση πάγου. Ενώ το νερό θα μπορούσε να υποστηρίξει μακροχρόνιες ανθρώπινες δραστηριότητες στη Σελήνη, προσφέροντας πόσιμο νερό, οξυγόνο, ακόμη και καύσιμο για πυραύλους, το σεληνιακό νερό δεν συμπεριφέρεται όπως στη Γη. Είναι εγκλωβισμένο σε παγωμένο χώμα, δεν εκτίθεται στον αέρα και συγκρατείται μόνο από το κρύο και το κενό.
Η σωστή συλλογή του σεληνιακού πάγου μπορεί να αποδειχθεί πολύ πιο δύσκολη από τη μέτρησή του, σύμφωνα με μια ομάδα από το Harbin Institute of Technology και την Κινεζική Ακαδημία Επιστημών, η οποία βοηθά στην προετοιμασία της αποστολής για τη συλλογή και ανάλυση δειγμάτων σεληνιακού νερού.
Καθώς ο δειγματολήπτης του Chang’e-7, στην ρομποτική του βραχίονα, θα σκάβει στο παγωμένο χώμα, ακόμη και η ελαφρά θέρμανση από την επαφή και την τριβή θα μπορούσε να αποδεσμεύσει μόρια νερού, όπως σημειώνουν οι ερευνητές σε μια δημοσίευση στο Chinese Journal of Space Science. Χωρίς ατμόσφαιρα που να συγκρατεί τα μόρια, το σχεδόν κενό της Σελήνης επιτρέπει στον παγωμένο νερό να μετατραπεί απευθείας σε ατμό και να διαφύγει σχεδόν ακαριαία.
Εάν αυτές οι ακούσιες απώλειες νερού δεν διορθωθούν, οι μετρήσεις του Chang’e-7 θα μπορούσαν να επηρεαστούν “κατά μία τάξη μεγέθους”, προειδοποιούν, “υπονομεύοντας σοβαρά την αξιοπιστία των επιστημονικών συμπερασμάτων”. Κάθε δείγμα – περίπου στο μέγεθος μιας πρέζας αλατιού – σφραγίζεται και μεταφέρεται σε έναν θάλαμο εντός του οχήματος. Εκεί, θερμαίνεται απαλά ώστε οι επιστήμονες να μπορούν να μετρήσουν πόσο υδρατμός απελευθερώνεται και να εκτιμήσουν την περιεκτικότητα του εδάφους σε νερό, ένα στάδιο όπου οι απώλειες είναι πολύ πιο ελεγχόμενες, γράφει η ομάδα.
Η Κίνα έχει δηλώσει επανειλημμένα ότι η αναζήτηση πάγου θα αποτελέσει την κορυφαία προτεραιότητα της αποστολής Chang’e-7. Αυτή εντάσσεται σε μια σειρά από ολοένα και πιο σύνθετες σεληνιακές αποστολές εξερεύνησης, με στόχο τη δοκιμή βασικών τεχνολογιών και τη χάραξη του δρόμου για μια ερευνητική βάση κοντά στον νότιο πόλο της Σελήνης περίπου μέχρι το 2035.
Τις τελευταίες δεκαετίες, επιστήμονες έχουν χρησιμοποιήσει τηλεπισκοπήσεις για να χαρτογραφήσουν πού μπορεί να υπάρχει πάγος στη Σελήνη. Αυτές οι μελέτες υποδεικνύουν ότι οι μόνιμα σκιασμένες περιοχές – περιοχές κοντά στους πόλους της Σελήνης που δεν λαμβάνουν ποτέ ηλιακό φως και παραμένουν εξαιρετικά ψυχρές – μπορεί να περιέχουν σημαντικές ποσότητες πάγου νερού.
Ωστόσο, οι τηλεπισκοπήσεις δεν μπορούν να αποκαλύψουν πώς αποθηκεύεται ο πάγος στο έδαφος ή πόσο είναι αυτός. Μόνο οι μετρήσεις που γίνονται απευθείας στην επιφάνεια της Σελήνης μπορούν να καθορίσουν αν ο πάγος θα μπορούσε κάποια μέρα να εξαχθεί και να χρησιμοποιηθεί. Για να γίνει αυτό, το όχημα του Chang’e-7 θα φέρει ένα σύστημα δειγματοληψίας σχεδιασμένο να συλλέγει μικρές ποσότητες σεληνιακού εδάφους από διαφορετικές τοποθεσίες και βάθη. Αντί για σκάψιμο ή γεώτρηση, ο δειγματολήπτης λειτουργεί πιέζοντας απαλά στο έδαφος ενώ περιστρέφεται, μια πιο αργή και λιγότερο διαταρακτική προσέγγιση που αποσκοπεί στην ελαχιστοποίηση της διαταραχής.
Στο τέλος του ρομποτικού βραχίονα του οχήματος υπάρχει μια λεπτή πλάκα δειγματοληψίας που ξύνει υλικό από την επιφάνεια ή το ρηχό υπέδαφος. Μεγαλύτεροι κόκκοι – αυτοί που είναι μεγαλύτεροι από περίπου 1mm – φιλτράρονται για να διατηρηθούν τα δείγματα συνεπή. Το όχημα θα φέρει τουλάχιστον 30 τέτοιες πλάκες δειγματοληψίας, επιτρέποντας την επιλογή εδάφους από πολλαπλές τοποθεσίες. Μετά από κάθε ξύσιμο, ολόκληρη η πλάκα σφραγίζεται και μεταφέρεται στον θάλαμο μέτρησης, όπου κάθε δείγμα αναλύεται ξεχωριστά.
Για να δοκιμαστεί το σύστημα, οι ερευνητές δημιούργησαν τεχνητό σεληνιακό χώμα βασισμένο σε δείγματα Apollo 16, με πάγο που προστέθηκε με εναπόθεση υδρατμών σε ψυχρό χώμα σε κενό. Πραγματοποιήθηκαν πειράματα υπό συνθήκες σχεδόν κενού και κρυογονικές συνθήκες που μιμούνται στενά τον νότιο πόλο της Σελήνης, λαμβάνοντας υπόψη την ασθενέστερη βαρύτητα της Σελήνης και την ακαμψία του παγωμένου εδάφους.
Οι δοκιμές έδειξαν ότι ο δειγματολήπτης μπορούσε να συλλέξει αξιόπιστα και επαναληπτικά ακριβείς ποσότητες εδάφους. Ωστόσο, ανέδειξαν επίσης μια επίμονη πρόκληση: ο νερό μπορεί να χαθεί σε πολλαπλά στάδια, από την αρχική επαφή με το έδαφος έως τη μεταφορά και τη θέρμανση. Για να αντιμετωπιστεί αυτό, η ομάδα ανέπτυξε μια μέθοδο βαθμονόμησης που χρησιμοποιεί σήματα αισθητήρων που καταγράφονται κατά τη δειγματοληψία για την ανακατασκευή της ποσότητας νερού που χάνεται σε κάθε στάδιο της διαδικασίας.
“Από τη μία πλευρά, επαληθεύσαμε ότι η συσκευή μικρο-δειγματοληψίας που χρησιμοποιείται από το όργανο μέτρησης πτητικών ουσιών της Σελήνης είναι τεχνικά εφικτή”, έγραψαν οι ερευνητές. “Από την άλλη πλευρά, αυτό το έργο παρέχει μια βάση για την επεξεργασία και ερμηνεία δεδομένων κατά τις μελλοντικές επιχειρήσεις στη Σελήνη.”
Η Chang’e-7 έχει προγραμματιστεί να απογειωθεί από το διαστημοδρόμιο Wenchang στη νότια Κίνα αργότερα φέτος. Η αποστολή θα μεταφέρει περισσότερα από 15 επιστημονικά όργανα από την Κίνα και διεθνείς εταίρους και έχει σχεδιαστεί να λειτουργεί για οκτώ χρόνια, επιτρέποντας την επιστροφή πλούσιων επιστημονικών δεδομένων από τον νότιο πόλο και την τροχιά της Σελήνης.
