LCROSS war eine ungewöhnliche Mission, da sie sich auf einen Einschlag stützte, um einen planetarischen Körper zu untersuchen. Nicht nur die Mission war ungewöhnlich, sondern auch die Ejekta-Plume, die durch das Einschlagen eines hohlen Centaur-Raketenboosters auf den Mond erzeugt wurde.
„Ein normaler Aufprall mit einem festen Impaktor wirft Trümmer mehr heraus als nach oben, wie ein umgekehrter Lampenschirm, der beim Austreten immer breiter wird“, sagte Pete Schultz von der Brown University und Mitglied des LCROSS-Wissenschaftsteams. „Aber die Konfiguration eines hohlen Impaktors – des leeren Raketenboosters – erzeugte eine Plume, die sowohl eine Plume mit niedrigem Winkel hatte, aber noch wichtiger, auch eine wirklich markante Plume mit hohem Winkel, die fast gerade nach oben schoss.“
Diese hohe Wolke hob die Trümmer so weit an, dass sie vom Sonnenlicht beleuchtet wurden und von Raumfahrzeugen untersucht werden konnten.
Obwohl die Wolke nicht von der Erde aus gesehen wurde, wie vor dem Einschlag angekündigt, wurde sie sowohl von der LCROSS-Schäfersonde als auch vom Lunar Reconnaissance Orbiter gesehen. Die Verwendung des verbrauchten Zentauren war weniger Missionsdesign als vielmehr die Verwendung dessen, was verfügbar war. Aber es stellte sich als eine gute Wahl heraus.
„Ich glaube, wir hatten großes Glück“, sagte Schultz diese Woche in einem Telefoninterview zu Universe Today. „Ich denke, ein anderes Design, und wir haben möglicherweise ein ganz anderes Ergebnis erhalten. Möglicherweise sind nicht viele Trümmer in das Sonnenlicht gelangt und die Wolke wäre sehr vorübergehend gewesen.“
Damit die Trümmer hoch genug werden, um ins Sonnenlicht zu gelangen, musste sie etwa eine halbe Meile über dem Boden des Kraters aufsteigen.
„Um dies ins rechte Licht zu rücken“, sagte Schultz, „mussten wir Trümmer auf die doppelte Höhe des Sears Tower, des höchsten Gebäudes der USA, werfen. Jetzt hat der Mond weniger Schwerkraft, also wenn wir ihn zurück auf die Erde bringen und vergleichen, ist es, als würde man einen Ball auf die Spitze des Washington Monument werfen. Es muss also viel Schwerkraft überwunden werden, und es stellt sich heraus, dass dieser Aufprall dies bewirkt hat, weil wir einen hohlen Impaktor verwendet haben.“
Als der Raketenbooster aufschlug und sich der Krater zu bilden begann, kollabierte die Mondoberfläche und schoss – fast wie ein Jet – nach oben in Richtung Sonnenlicht und trug die im Regolith eingeschlossenen flüchtigen Stoffe mit sich.
Um herauszufinden, wie die Auswirkungen aussehen würden, führten Schultz und sein Team, zu dem auch der Doktorand Brendan Hermalyn gehörte, kleine Auswirkungen und Modellierungen durch. Ihre Tests wurden nur ein paar Monate vor dem tatsächlichen Aufprall durchgeführt und verwendeten kleine 1/2-Zoll-Projektile in verschiedene Oberflächen.
„Bei den meisten Einschlägen gehen wir bei der Modellierung davon aus, dass die Impaktoren fest sind“, sagte Schultz. „Wir haben Experimente sowohl mit Voll- als auch mit Hohlgeschossen durchgeführt, und als wir das Hohlgeschoss verwendet haben, erlebten wir eine echte Überraschung. Wir haben gesehen, wie sich die Trümmer nicht nur nach außen, sondern auch nach oben bewegten.“
„Wir wussten wirklich nicht genau, was wir beim tatsächlichen LCROSS-Einschlag sehen würden, aber unsere Tests haben viel erklärt“, fuhr Schultz fort, „und erklärten, warum wir gesehen haben, was wir getan haben und warum wir die Wolke so lange gesehen haben . Wenn es wie ein umgekehrter Lampenschirm oder ein sich ausdehnender Trichter herausgekommen wäre, wären die Trümmer hochgekommen und wieder nach unten gegangen, und dies wäre wahrscheinlich innerhalb von etwa 20 Sekunden erledigt gewesen. Stattdessen kam es einfach weiter.“
Aber es gab einige erwartete Momente. Als sich die LCROSS Shepherding-Raumsonde der Mondoberfläche näherte, passten Tony Colaprete und das Team die Belichtungen der Kameras neu an und das Team konnte die Mondoberfläche in den letzten Sekunden vor dem Aufprall tatsächlich sehen.
„Das war großartig“, sagte Schultz. „Das bedeutet, dass wir den Krater sehen konnten, wir konnten die Größe des Kraters abschätzen und unsere Vorhersagen machten Sinn. Aber wir konnten auch sehen, dass die Überreste dieser Hochwinkelfahne immer noch an die Oberfläche zurückkehrten. Dieser musste fast direkt ins All geschossen worden sein und kam jetzt zum Mond zurück. Wir sahen es als eine sehr diffuse Wolke und sahen, wie die restlichen Teile des Regoliths wie eine Fontäne wieder herunterkamen. Das war für mich der spannendste Teil.“
Schultz sagte, er sei während des Aufpralls nervös gewesen.
'Ich muss gestehen, wir waren auf Nadeln', sagte er, 'da dies etwas viel Größeres war als die Experimente mit Halbzoll-Projektilen und wir nicht wussten, ob es skalieren würde. Wir hatten es mit etwas zu tun, das wie ein Schulbus ohne Kinder an Bord aussah, der in den Mond krachte und wir wussten nicht, ob er sich genauso verhalten würde wie unsere kleineren Modelle.“
Und obwohl sich die Wolke wie die Modelle verhielt, gab es viele Überraschungen – sowohl beim Einschlag als auch bei dem, was jetzt im Cabeus-Krater entdeckt wurde.
„Wir wussten, wann es die Oberfläche treffen würde – wir wissen, wie schnell wir fuhren und wo wir uns über der Oberfläche befanden – und es stellte sich heraus, dass es eine Verzögerung gab, bevor wir den Blitz sahen, und das war wirklich eine Überraschung“, sagte Schultz genannt. „Es dauerte ungefähr eine halbe Sekunde Verzögerung und dann dauerte es ungefähr ein Drittel der Sekunde, bevor es anfing zu steigen und heller zu werden. Das Ganze dauerte sieben Zehntelsekunden, bevor es hell wurde. Das ist das Markenzeichen einer flauschigen Oberfläche.“
Schultz sagte, sie wüssten aus den Experimenten und Modellen sowie aus Vergleichen mit der Deep Impact-Mission, an der er mitgewirkt hat, dass es sich wahrscheinlich um eine „flaumige“ Oberfläche handelte.
„Eines der ersten Dinge, die wir erkannten, war, dass dies nicht Ihr normaler Regolith ist – was Sie normalerweise für den Mond denken“, sagte Schultz. „Wir sahen uns den Blitz an und suchten nach Spektren, die wir sahen. Die Spektren enthalten die Fingerabdrücke der Zusammensetzung der Elemente und Verbindungen. Wir hatten aufgrund der geringen Geschwindigkeit erwartet, dass wir eigentlich nicht viel zu sehen bekommen würden. Aber stattdessen bekamen wir sofort ein paar Treffer, wir sahen eine plötzliche Emission von OH, die bei dieser Wellenlänge charakteristisch für ein Nebenprodukt der Erwärmung von Wasser ist. Als dann die nächsten 2-Sekunden-Aufnahmen begannen, wurden die Spektren heller, was bedeutete, dass wir mehr Staub sahen. Aber dann sahen wir diesen riesigen Natriumpeak, genau wie ein Leuchtfeuer, eine sehr helle Natriumlinie.“
Und dann gab es noch zwei andere Zeilen, die sehr seltsam waren. „Die beste Assoziation, die wir finden konnten, war Silber“, sagte Schultz. „Das war eine Überraschung. Dann begannen all diese anderen Emissionslinien aufzutauchen, als mehr Material in das Sonnenlicht gelangte. Dies deutet darauf hin, dass wir den Staub ins Sonnenlicht warfen und die flüchtigen Stoffe, die buchstäblich in den Schatten von Cabeus in der Zeit eingefroren waren, sich erwärmten und freigesetzt wurden.“
Einige dieser Verbindungen enthielten nicht nur Wasser und OH, sondern auch Dinge wie Kohlenmonoxid, Kohlendioxid und Methan, 'Dinge, an die wir nicht denken, wenn wir über den Mond sprechen', sagte Schultz. „Das sind Verbindungen, an die wir denken, wenn wir an Kometen denken, also sind wir jetzt in der Lage, dass das, was wir an den Polen sehen, vielleicht das Ergebnis einer langen Geschichte von Einschlägen ist, die viel von dieser Art von Material mit sich bringen. ” ( Lesen Sie unser Interview mit Tony Colaprete, um mehr über die jüngsten LCROSS-Ergebnisse zu erfahren. )
Aber niemand ist sich sicher, wie der Mond diese flüchtigen Stoffe festhalten kann und wie sie in den Polarkratern landen.
Um das herauszufinden, seien weitere Missionen zum Mond erforderlich, sagte Schultz.
„Obwohl die Apollo-Astronauten dort waren, finden wir jetzt 40 Jahre später Dinge, die uns bei all diesen neuen Informationen den Kopf zerbrechen lassen“, sagte Schultz. 'Es zeigt Ihnen, dass Sie einen Ort besuchen und denken können, dass Sie einen Ort kennen, aber Sie müssen zurückgehen und vielleicht sogar dort leben.'
Schultz sagte, als Experimentator könne man sich nie selbstgefällig fühlen, aber als er und sein Team sahen, wie sich die eigentliche Plume genau wie ihre Modelle verhielt, waren er und sein Team sehr glücklich. „Experimente lassen sich von der Natur lernen und sind deshalb sehr interessant. Wir werden fast täglich gedemütigt.“
