LCROSS was een ongebruikelijke missie, omdat het op een impact vertrouwde om een planetair lichaam te bestuderen. Niet alleen was de missie ongebruikelijk, maar ook de ejecta-pluim die werd geproduceerd door een holle Centaur-raketbooster tegen de maan te slaan.
"Een normale impact met een solide impactor gooit puin meer dan omhoog, zoals een omgekeerde lampenkap die bij het uitgaan steeds breder wordt", zegt Pete Schultz van de Brown University en lid van het LCROSS-wetenschapsteam. "Maar de configuratie van een holle impactor - de lege raketversterker - creëerde een pluim die zowel een lage hoekpluim had, maar belangrijker nog, ook een echt prominente hoge hoekpluim die bijna recht omhoog schoot."
Deze hoge pluim verhoogde het puin voldoende zodat het werd verlicht door zonlicht en kon worden bestudeerd door ruimtevaartuigen.
Hoewel de pluim niet vanaf de aarde werd gezien, zoals werd aangekondigd vóór de inslag, werd hij gezien door zowel het LCROSS-herdersruimtevaartuig als de Lunar Reconnaissance Orbiter. Het gebruik van de gebruikte Centaur was niet zozeer het ontwerp van de missie als wel het gebruik van wat beschikbaar was. Maar het bleek een goede keuze.
"Ik denk dat we geluk hadden", vertelde Schultz deze week in een telefonisch interview aan Space Magazine. “Ik denk een ander ontwerp, en we hebben misschien een heel ander resultaat gekregen. Er is misschien niet veel puin in het zonlicht terechtgekomen en de pluim zou heel tijdelijk zijn geweest. '
Om ervoor te zorgen dat het puin hoog genoeg werd om in zonlicht te komen, moest het ongeveer een halve mijl boven de bodem van de krater opstijgen.
'Om dit in perspectief te plaatsen', zei Schultz, 'moesten we puin tweemaal zo hoog gooien als de Sears Tower, het hoogste gebouw in de VS. Nu heeft de maan minder zwaartekracht, dus als we hem terug naar de aarde brengen en vergelijken, is het alsof we een bal naar de top van het Washington Monument proberen te gooien. Er is dus veel zwaartekracht te overwinnen en het blijkt dat deze impact het heeft veroorzaakt omdat we een hol impactor hebben gebruikt. ”
Toen de raketaanjager sloeg en de krater begon te vormen, stortte het maanoppervlak in en schoot omhoog - bijna als een straal - naar het zonlicht, met de vluchtige stoffen in de regoliet.
Om erachter te komen hoe de impact eruit zou zien, voerden Schultz en zijn team, waaronder afgestudeerde student Brendan Hermalyn, kleinschalige impacts en modellering uit. Hun tests werden slechts een paar maanden voor de daadwerkelijke impact uitgevoerd en gebruikten kleine projectielen van een halve inch in verschillende oppervlakken.
'Bij de meeste effecten gaan we ervan uit dat de impactoren solide zijn', zei Schultz. “We hebben experimenten gedaan, met zowel massieve als holle projectielen, en toen we het holle projectiel gebruikten, hadden we een echte verrassing. We hebben niet alleen het puin naar buiten zien bewegen, maar ook naar boven. '
"We wisten echt niet precies wat we zouden zien in de daadwerkelijke LCROSS-impact, maar onze tests legden veel uit", vervolgde Schultz, "en legden uit waarom we zagen wat we deden en waarom we de pluim zo lang zagen. . Als het eruit zou zijn gekomen als een omgekeerde lampenkap of een trechter die uitzet, zou het puin naar boven zijn gekomen en weer naar beneden zijn gegaan en waarschijnlijk binnen ongeveer 20 seconden zijn gedaan. In plaats daarvan bleef het maar komen. '
Maar er waren enkele verwachte momenten. Toen het LCROSS-herdersruimtevaartuig het maanoppervlak naderde, pasten Tony Colaprete en het team de belichtingen op de camera's opnieuw aan en kon het team het oppervlak van de maan in de laatste seconden voor de inslag daadwerkelijk zien.
'Dat was geweldig', zei Schultz. 'Dat betekent dat we de krater te zien kregen, we een schatting konden krijgen van hoe groot de krater was, en het klopte met wat onze voorspellingen hadden gezegd. Maar we konden ook de overblijfselen van deze hoge hoekpluim nog steeds naar de oppervlakte zien terugkeren. Dit moet bijna recht de ruimte in zijn geschoten en kwam nu terug naar de maan. We zagen het als een zeer diffuse wolk en zagen de resterende delen van de regoliet als een fontein weer naar beneden komen. Dat was voor mij het meest opwindende. '
Schultz zei dat hij nerveus was tijdens de impact.
"Ik moet bekennen, we zaten met spelden en naalden", zei hij, "omdat dit veel groter was dan de experimenten met het gebruik van projectielen van een halve inch en we wisten niet of het zou opschalen. We hadden te maken met iets dat op schoolbus leek zonder kinderen aan boord die tegen de maan sloegen en we wisten niet of dat zich op dezelfde manier zou gedragen als onze kleinere modellen. "
En hoewel de pluim zich gedroeg als de modellen, waren er tal van verrassingen - zowel in de impact als in wat nu is ontdekt in Cabeus Crater.
"We wisten wanneer het de oppervlakte zou raken - we weten hoe snel we gingen en waar we boven de oppervlakte waren - en het bleek dat er een vertraging was voordat we de flits zagen en dat was echt een verrassing", Schultz zei. “Het was ongeveer een halve seconde vertraging en daarna duurde het ongeveer een derde van een seconde vertraging voordat het begon te stijgen en helderder werd. De hele zaak duurde zeven tienden van een seconde voordat het helder begon te worden. Dat is het kenmerk van een donzig oppervlak. '
Schultz zei dat ze weten dat het waarschijnlijk een 'donzig' oppervlak was van de experimenten en modellen, en van vergelijkingen met de Deep Impact-missie, waarvoor hij mede-onderzoeker was.
'Een van de eerste dingen die we ons realiseerden, was dat dit niet je normale regoliet is - waar je gewoonlijk aan denkt voor de maan', zei Schultz. 'We keken naar de flits en we zochten naar wat voor soort spectra we zagen. De spectra hebben de vingerafdrukken van de samenstelling van de elementen en verbindingen. We verwachtten vanwege de lage snelheid dat we eigenlijk niet veel zouden zien. Maar in plaats daarvan kregen we meteen een paar hits, we kregen een plotselinge emissie van OH te zien, wat een kenmerk is bij deze golflengte van een bijproduct van verwarming van water. Vervolgens was de volgende belichtingstijd van 2 seconden toen de dingen begonnen op te duiken, de algehele spectra helderder werden, wat betekende dat we meer stof zagen. Maar toen zagen we deze grote gigantische piek van natrium, net als een baken, een heel heldere natriumlijn. '
En dan waren er nog twee andere regels die heel vreemd waren. 'De beste associatie die we konden vinden, was zilver', zei Schultz. 'Dat was een verrassing. Toen begonnen al die andere emissielijnen op te duiken naarmate er meer materiaal in het zonlicht kwam. Dit suggereert dat we het stof in het zonlicht gooiden en dat de vluchtige stoffen die in de tijd bevroren waren, letterlijk, in de schaduw van Cabeus, opwarmden en vrijkwamen. '
Sommige van deze verbindingen omvatten niet alleen water en OH, maar ook zaken als koolmonoxide, kooldioxide en methaan, 'dingen waar we niet aan denken als we over de maan praten', zei Schultz. “Dat zijn verbindingen waar we aan denken als we aan kometen denken, dus nu bevinden we ons in een positie dat wat we aan de polen zien misschien het resultaat is van een lange geschiedenis van effecten die veel van dit soort materiaal met zich meebrengen. " (Lees ons interview met Tony Colaprete voor meer over de recente LCROSS-resultaten.)
Maar niemand weet zeker hoe de maan deze vluchtige stoffen kan vasthouden en hoe ze in de poolkraters terechtkomen.
Om dat te achterhalen, zei Schultz dat er meer missies naar de maan nodig zijn.
"Hoewel de Apollo-astronauten er waren, vinden we nu veertig jaar later dingen die ervoor zorgen dat we door dit alles de nieuwe informatie naar voren halen," zei Schultz. 'Het laat zien dat je een plaats kunt bezoeken en denken dat je die kent, maar je moet teruggaan en misschien zelfs daar wonen.'
Schultz zei dat je als experimentator je nooit zelfvoldaan kunt voelen, maar toen hij en zijn team zagen hoe de echte pluim zich net zo gedroeg als hun modellen, waren ze erg blij. “Experimenten laten de natuur je lessen leren en daarom zijn ze erg interessant om te doen. We zijn bijna dagelijks vernederd. '
