도쿄도립대학 연구진은 시뮬레이션을 통해 새로 개발된 소형 X선 망원경 하나로 달 표면 전체의 화학 지도를 만들 수 있음을 보여주었다. 이는 달이 어떻게 형성되고, 변화하고, 진화해왔는지 이해하는 중요한 발걸음이다. 솔직히 말해서, 우리가 곧 모든 분화구에서 샘플을 가져올 일은 없으니까.
그들의 상세한 모델링은 망원경 검출기와 현실적인 달 궤도 위성 임무를 모두 포함했으며, 하나의 망원경으로 약 2년 안에 다섯 가지 중요한 원소를 매핑할 수 있다고 제안한다. 더 큰 5x5 배열의 검출기는 더 선명한 지도를 만들고 작업을 더 빨리 완료할 수 있다. 2년 안에 할 일을 25개의 망원경으로 1년에 끝내지 못할 이유가 있겠는가?
달의 지질학적 역사는 여전히 완전히 이해되지 않고 있는데, 주로 과학자들이 달 표면의 완전한 지구화학적 지도를 아직 가지고 있지 않기 때문이다. 연구자들이 달의 모든 부분에서 단순히 샘플을 수집할 수 없기 때문에(물류 문제, 알다시피) 그들은 X선 형광 이미징과 같은 원격 탐사 방법에 의존해야 한다. 검출기는 달을 향해 특정 원소가 태양 복사에 맞은 후 방출하는 X선을 포착하여, 다른 지역에 어떤 원소가 존재하는지 밝혀낸다.
아폴로와 찬드라얀 임무의 이전 관측은 유용한 부분 지도를 생산했지만, 전체 글로벌 지도는 여전히 어렵다. 임무는 태양광 구동 X선 신호를 모을 충분한 시간이 제한적이며, 검출기는 장기간 우주에 있는 동안 성능이 저하될 수 있다. 문제는 태양 X선이 약한 달의 극지방 근처에서 특히 심각하다.
이러한 장애물을 해결하기 위해, Airi Toida와 Yuichiro Ezoe 교수가 이끄는 팀은 달을 도는 위성에 소형 X선 망원경을 사용할 것을 제안했다. 원래 지구 자기권 연구를 위해 설계된 이 망원경은 무게가 10kg 미만으로, 장기간 달 위성 관측에 실용적일 만큼 작다. 전통적인 X선 망원경은 종종 이런 유형의 임무에 너무 크고 무겁다. 검출기는 또한 달 궤도에서 예상되는 것보다 훨씬 가혹한 방사선 조건에서 테스트되었다.
연구진은 망원경의 사양을 수치 시뮬레이션에 추가하여 위성 임무가 달을 성공적으로 매핑할 수 있는지 테스트했다. 연간 300개의 태양 플레어와 달 궤도 위성에 탑재된 단일 망원경을 가정할 때, 시뮬레이션은 70x70km 격자 크기를 사용하여 2년 안에 다섯 가지 원소(산소, 철, 마그네슘, 알루미늄, 규소)에 대해 달 표면 전체를 매핑할 수 있음을 보여주었다.
망원경이 매우 작기 때문에, 팀은 또한 5x5 배열의 망원경을 탑재한 위성을 검토했다. 시뮬레이션에 따르면, 이 25-망원경 시스템은 임무 시간을 1년으로 줄일 수 있다. 2년 운영 시 나트륨도 매핑할 수 있으며, 격자 크기를 30x30km로 개선한다.
두 임무 개념 중 하나라도 현실화된다면, 달 전체에 걸친 원소 풍부도의 첫 번째 완전한 지도를 생산할 것이다. 이는 과학자들에게 달 지질학을 연구하고 달의 길고 복잡한 역사를 재구성하는 강력한 새로운 도구를 제공할 것이다. 이 연구는 JSPS KAKENHI Grant Number 21H04972의 지원을 받았다. 자료 제공: 도쿄도립대학.