تخطط بلادي لإطلاق المسبار القمري Chang'e-7 (CE-7) في عام 2026 تقريبًا، بهدفحوض أيتكين بالقطب الجنوبي القمريوالكشف عن موارد الجليد المائي في القطب الجنوبي للقمر، والذي يعد وجوده أمرًا بالغ الأهمية لاختيار الموقع وبناء القواعد القمرية المستقبلية.وتقع منطقة الهبوط المرشحة لمهمة الاستكشاف CE-7 بالقرب من فوهة شاكلتون في القطب الجنوبي للقمر، ومن مهامها العلمية المهمة إجراء استشعار عن بعد عالي الدقة والكشف المكاني عن الجليد المائي في القطب الجنوبي للقمر.
يعكس الاستقرار (الحراري) للجليد المائي سهولة فقدان التسامي للجليد المائي على نطاقات زمنية جيولوجية طويلة المدى. إن تقييم استقرار الجليد المائي له أهمية كبيرة لفهم خصائص توزيع الجليد المائي في المناطق القطبية القمرية.
خاصة بالنسبة لمهمة الكشف عن وضع الجليد المائي في القطب الجنوبي CE-7، يمكن للبحث حول استقرار الجليد المائي أن يوجه الاكتشاف ويساعد في تحديد المناطق التي من المرجح أن تحافظ على الجليد المائي.
في الآونة الأخيرة، أحرز فريق البحث العلمي التابع للمختبر الوطني الرئيسي للنشاط الشمسي والطقس الفضائي في مركز الفضاء الوطني التابع للأكاديمية الصينية للعلوم (المشار إليه فيما يلي باسم "مركز الفضاء") تقدما جديدا في دراسة استقرار الجليد المائي في منطقة شاكلتون من القطب الجنوبي للقمر.
ومن خلال النظر في الخواص الحرارية للتربة القمرية في ظل ظروف درجات الحرارة المنخفضة، قامت الدراسة ببناء نموذج الاستقرار الحراري للجليد المائي في المناطق القطبية القمرية وتطبيقه علىمنطقة شاكلتون في القطب الجنوبي (الشكل 1)، أجرى محاكاة مكانية عالية الدقة للاستقرار الحراري للجليد المائي، ودرس الإشعاع السطحي المحلي، ودرجة حرارة التربة القمرية، وخصائص توزيع المناطق المستقرة للجليد المائي، وناقش أهمية نتائج المحاكاة لجليد الماء في القطب الجنوبي CE-7 في الكشف المكاني.
الشكل 1 منطقة الدراسة: (أ) منطقة الإطار الأصفر هي منطقة الدراسة، بما في ذلك فوهة شاكلتون والمناطق المحيطة بها؛ ( ب ) نموذج الارتفاع الرقمي (DEM) لمنطقة الدراسة؛ (ج) ملف تعريف الارتفاع لـ A-A' في الشكل ب؛ ( د ) توزيع المنحدر. النجمة تشير إلى القطب الجنوبي للقمر.
محاكاة توزيع الإشعاع الضوئي والحراري في منطقة الدراسةانظر الشكلين 2 أ و2 ب.
معظم المنطقة داخل فوهة شاكلتون هي منطقة مظللة بشكل دائم (PSR)، لكن توزيع الإشعاع الحراري غير متساوٍ، في حين أن الجزء الخارجي من الحفرة مليء بـ PSRs ذات أحجام مختلفة ومناطق منخفضة الإضاءة.
في فوهة شاكلتون، يتم توزيع متوسط درجة الحرارة السطحية السنوية بشكل غير متساو؛ متوسط درجة الحرارة في الجزء السفلي من الحفرة أقل مما كانت عليه في المنطقة المسطحة (الشكل 2ج).
بالإضافة إلى ذلك، تمت مقارنة نتائج محاكاة متوسط درجة حرارة السطح السنوية مع نتائج مراقبة Diviner، وتبين أنه بالمقارنة مع نتائج Diviner (الشكل 2 د)، كان متوسط درجة الحرارة السنوية المحاكية في الحفرة أقل.
الشكل 2: الإضاءة ودرجة حرارة السطح في منطقة الدراسة: (أ) القيمة القصوى السنوية للإشعاع الشمسي المباشر، والخطوط الصلبة هي PSRs؛ (ب) القيمة القصوى السنوية للإشعاع الحراري، والمنطقة غير الملونة هي المنطقة التي تقل فيها القيمة القصوى للإشعاع الحراري عن 2.5 واط/م2؛ (ج) محاكاة متوسط درجة حرارة السطح السنوي، والاستبانة المكانية داخل الحفرة شاكلتون ~ 50 م/px؛ ( د ) متوسط درجة الحرارة السنوية لدرجة حرارة مراقبة Diviner، تبلغ الدقة المكانية حوالي 240 م / بكسل. تحدد الدائرة المنقطة حافة فوهة شاكلتون.
استنادًا إلى محاكاة درجة حرارة التربة القمرية، يمكن الحصول على توزيع استقرار المواد المتطايرة مثل جليد الماء عن طريق حساب المتوسط السنوي لمعدل التسامي لجليد الماء ومقارنته بحد معدل التسامي البالغ 100 كجم/(م2·جير).
ويبين الشكل 3المنطقة المستقرة من الجليد المائي والمواد المتطايرة الأخرى (المعروفة أيضًا باسم منطقة المصيدة الباردة) داخل وحول شاكلتون كريتر.
لم يتم تحديد مصائد الجليد المائي في الحفرة فحسب، بل تم أيضًا تحديد المصائد الباردة لـ HCN وSO2 وNH3. ومع استمرار انخفاض درجات حرارة التسامي، تنخفض أيضًا مساحة مصيدة البرد.
منطقة مصيدة الجليد المائي التي تم تحديدها أكبر قليلاً من منطقة مصيدة الجليد المائي التي حددها باحثون سابقون بناءً على درجة حرارة سطح Diviner.
بالإضافة إلى ذلك، وفقًا لنتائج المحاكاة، لا توجد مصائد HCN الباردة في بعض مناطق الجدار فحسب، بل قد توجد أيضًا في معظم المناطق المسطحة في أسفل الحفرة.
الشكل 3: المناطق المستقرة من الجليد المائي والمواد المتطايرة الأخرى في شاكلتون كريتر والمناطق المحيطة بها. تشير وسيلة الإيضاح إلى درجة حرارة التسامي لكل مكون متطاير.
تتناول هذه الدراسة الخواص الحرارية للتربة القمرية في ظل ظروف درجات الحرارة المنخفضة وتبني نموذج الاستقرار الحراري لجليد الماء القطبي.
ويمكن للنموذج حساب منطقة التوزيع المستقرة للضوء ودرجة حرارة التربة القمرية والجليد المائي والمواد المتطايرة الأخرى، ويمكن استخدامه لتحليل الاستقرار الحراري للجليد المائي في القطب الجنوبي للقمر، وخاصة منطقة الهبوط CE-7، وبالتالي تحديد منطقة التوزيع المحتملة للجليد المائي وتوفير دعم مهم لمهمات الكشف عن الجليد المائي المستقبلية CE-7.
تم نشر نتائج البحث المذكورة أعلاه في المجلة الدولية The Planetary Science Journa. المؤلف الأول للورقة هو الدكتور تشانغ جي، مساعد باحث خاص في مركز الفضاء، والمؤلف المقابل هو الباحث ليو يانغ من مركز الفضاء. تم دعم هذا البحث من قبل المؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين وبرنامج التسلق التابع للمركز الوطني لعلوم الفضاء.