Nos próximos anos, a NASA e outras agências espaciais esperam explorar a região polar sul da Lua. Pesquisas recentes nesta região revelaram um ambiente rico em voláteis – elementos que vaporizam rapidamente devido a mudanças nas condições. Em particular, missões como o Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) da NASA e o Lunar Crater Observation and Sensing Satellite (LCROSS) detectaram gelo de água abundante nas crateras permanentemente sombreadas ao redor da Bacia do Pólo Sul-Aitken .
De onde essa água veio continua sendo assunto de muito debate, com teorias que vão desde ser depositada por atividade vulcânica ou vento solar até ser entregue por cometas. Depois de examinar os dados da LCROSS na cratera Cabeus perto do polo sul da Lua, uma equipe de pesquisadores dos EUA e da França determinou que o gelo de água e os voláteis na cratera provavelmente chegaram até ali a bordo do objeto que colidiu para formar a cratera, que nesse caso deve ter sido um cometa.
Para o estudo, a equipe reexaminou e modelou dados obtidos há mais de uma década pela LRO, cujas implicações poderiam informar futuras missões à Lua.
A água é considerada um recurso importante porque, quando você divide as moléculas de água, acaba com oxigênio e hidrogênio, componentes críticos para o ar respirável e combustível de foguete. O resto dos voláteis também podem ser recursos importantes.
Lançada em 2009, a LCROSS e a LRO foram as primeiras missões lunares robóticas lançadas pela NASA em mais de uma década. Ambos foram projetadas para coletar dados que ajudariam a informar futuras missões à Lua. Na época, a NASA planejava enviar missões tripuladas à Lua pela primeira vez desde a Era Apollo como parte do programa Constellation . Este programa terminou no mesmo ano e foi seguido pelo programa Moon to Mars , que desde então se transformou no Programa Artemis .
Um aspecto importante desses planos era explorar a região polar sul para encontrar um possível local de base lunar. A presença local de gelo de água nesta região de crateras a tornou especialmente atraente do ponto de vista da Utilização de Recursos In-Situ (ISRU). Em outubro de 2009, as missões LRO e LCROSS exploraram a cratera Cabeus para aprender mais sobre a origem e evolução dos voláteis observados lá.
Isso consistia na LRO enviando seu estágio superior gasto para impactar a superfície e ejetar material do subsolo para o espaço. Isto foi seguido por ambos os orbitadores estudando as plumas resultantes do material ejetado para voláteis e como eles foram integrados no gelo da superfície. Em particular, a LRO examinou o material com seu instrumento Lyman-Alpha Mapping Project (LAMP), um espectrógrafo de imagem ultravioleta distante (FUV) projetado e supervisionado pelo SwRI.
Por mais de uma década, o LAMP examinou a superfície lunar em busca de sinais de gelo e geada nas regiões polares. Esta não foi uma tarefa fácil devido à natureza permanentemente sombreada da região e ao fato de que a maior parte do gelo de água está localizada abaixo do fundo da cratera. Ao capturar as emissões brilhantes de hidrogênio da água – conhecidas como linha Lyman-alpha – o LAMP forneceu imagens que ajudaram os cientistas a caracterizar a distribuição de água e outras moléculas na Lua.
Essas descobertas ajudaram a resolver um mistério de longa data sobre a Lua que começou durante a Era Apollo. Depois de examinar as rochas lunares devolvidas pelos astronautas da Apollo, os pesquisadores notaram a presença de água em amostras de vidro vulcânico. Isso foi atribuído à contaminação na época, mas estudos de acompanhamento descobriram que a água veio da Lua. Desde então, os cientistas tentam determinar de onde veio essa água.
No final, os cientistas reduziram a três possibilidades: liberação de gases vulcânicos, impactos de cometas ou micrometeoroides ou química de superfície iniciada por partículas de vento solar. Cada uma dessas possibilidades tem implicações, pois também implicam quando a água foi entregue e em que quantidades. Para o estudo, a equipe reexaminou as plumas medidas pelo LAMP e comparou a composição elementar dos voláteis com a das fontes potenciais.
Em particular, eles se concentraram na abundância de quatro elementos (hidrogênio, nitrogênio, oxigênio e enxofre) no que se refere ao carbono. Os resultados indicaram que o material da cratera não é de origem vulcânica e é mais provavelmente entregue por um cometa que impactou a Lua há menos de um bilhão de anos. Em outras palavras, o gelo de água e os voláteis na cratera foram entregues pelo próprio objeto que que a criou.
Com base nas proporções medidas e na composição dos cometas, como as medições da sonda Rosetta do Cometa 67P, os cometas são provavelmente a fonte primária desses voláteis. A agitação causada pelo impacto, que também enriquece o regolito superior de luas e outros corpos sem ar, é talvez o próximo contribuinte mais importante para semear a cratera Cabeus com voláteis. Com todas as várias fontes a serem consideradas, descartar a fonte vulcânica interna com este estudo ajuda muito.
Além de resolver o mistério de onde veio a água da Lua, esses resultados também ajudarão os planejadores da NASA enquanto se preparam para enviar astronautas de volta à Lua (assim como outras agências espaciais que enviam astronautas para lá pela primeira vez).
Enquanto os humanos se preparam para retornar à Lua, temos uma oportunidade sem precedentes de fazer medições em Cabeus e outros PSRs para caracterizar a composição elementar e isotópica dos voláteis lunares em função da profundidade. Estudar esses recursos lunares em potencial não apenas apoia a exploração humana expandida, mas também nos ajuda a entender a história do sistema Terra-Lua.
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