Forskare vid Tokyo Metropolitan University har med hjälp av simuleringar visat att ett litet, nyutvecklat röntgenteleskop skulle kunna skapa en kemisk karta över hela månens yta – ett stort steg mot att förstå hur månen bildades, förändrades och utvecklades över tid. För, låt oss inse det, vi kommer inte att få prover från varje krater inom överskådlig framtid.

Deras detaljerade modellering, som inkluderade både teleskopets detektor och en realistisk månkretsande satellituppdrag, tyder på att ett teleskop skulle kunna kartlägga fem viktiga grundämnen på cirka två år. En större fem-gånger-fem-array av detektorer skulle kunna producera skarpare kartor och slutföra arbetet snabbare. För varför göra på två år vad man kan göra på ett med 25 teleskop?

Månens geologiska historia är fortfarande inte helt förstådd, främst för att forskare ännu inte har en fullständig geokemisk karta över månens yta. Eftersom forskare inte helt enkelt kan samla in prover från varje del av månen – logistik, ni vet – måste de förlita sig på fjärranalysmetoder som röntgenfluorescensavbildning. Detektorer riktas mot månen för att fånga röntgenstrålar som sänds ut av specifika grundämnen efter att de träffats av solstrålning, vilket avslöjar vilka grundämnen som finns i olika regioner.

Tidigare observationer från Apollo- och Chandrayaan-uppdragen producerade användbara partiella kartor, men en fullständig global karta förblir svårfångad. Uppdrag har begränsad tid att samla in tillräckligt med solljusdrivna röntgensignaler, och detektorer kan försämras under långa perioder i rymden. Problemet är särskilt akut nära månens poler, där solens röntgenstrålar är svagare.

För att övervinna dessa hinder föreslog ett team lett av Airi Toida och prof. Yuichiro Ezoe att använda ett kompakt röntgenteleskop på en satellit som kretsar kring månen. Teleskopet, som ursprungligen designades för att studera jordens magnetosfär, väger mindre än tio kilo – tillräckligt litet för att vara praktiskt för långvariga månobservationer från satellit. Traditionella röntgenteleskop är ofta för stora och tunga för denna typ av uppdrag. Detektorn har också testats under strålningsförhållanden som är mycket hårdare än de som förväntas i månens omloppsbana.

Forskarna lade sedan in teleskopets specifikationer i en numerisk simulering för att testa om ett satellituppdrag framgångsrikt skulle kunna kartlägga månen. Med antagandet om 300 solflammor per år och ett enda teleskop ombord på en månkretsande satellit visade simuleringen att hela månens yta skulle kunna kartläggas för fem grundämnen (syre, järn, magnesium, aluminium, kisel) på två år, med en rutnätsstorlek på 70 x 70 kilometer.

Eftersom teleskopet är så kompakt undersökte teamet också en satellit som bär en fem-gånger-fem-array av teleskop. Enligt simuleringarna skulle detta 25-teleskopsystem kunna minska uppdragets tid till ett år. Med två års drift skulle det också kunna kartlägga natrium, samtidigt som rutnätsstorleken förbättras till 30 x 30 kilometer.

Om något av uppdragskoncepten blir verklighet skulle det producera den första fullständiga kartan över grundämnesförekomst över hela månen – vilket ger forskare ett kraftfullt nytt verktyg för att studera månens geologi och rekonstruera månens långa och komplexa historia. Detta arbete stöddes av JSPS KAKENHI Grant Number 21H04972. Material tillhandahållet av Tokyo Metropolitan University.