By Κάθε πλανήτης στο ηλιακό μας σύστημα βομβαρδίζεται συνεχώς με τα πρωτόνια των κοσμικών ακτίνων. Η Σελήνη δεν έχει ατμόσφαιρα, επομένως αυτά τα πρωτόνια βομβαρδίζουν ανενόχλητα την σεληνιακή επιφάνεια αλληλεπιδρώντας με τους πυρήνες των πετρωμάτων που συνιστούν το σεληνιακό έδαφος.
Έτσι παράγονται μεταξύ άλλων και νετρόνια, ως προϊόντα των πυρηνικών αντιδράσεων. Κάποια από αυτά τα νετρόνια διαφεύγουν έξω από την σεληνιακή επιφάνεια με μια ποικιλία ενεργειών, δίνοντας καταφατική απάντηση στο ερώτημα του τίτλου της ανάρτησης. Η Σελήνη δεν διαθέτει ατμόσφαιρα για να τα σταματήσει, οπότε ένας δορυφόρος γύρω από την Σελήνη αν διέθετε έναν ανιχνευτή νετρονίων θα μπορούσε εύκολα να τα εντοπίσει.
Ανιχνεύοντας αυτά τα νετρόνια μπορούμε να διαπιστώσουμε ποιά περιοχή της Σελήνης περιέχει ή όχι νερό. Αυτός είναι ο σκοπός του LunaH-Map, ενός από τους μικροδορυφόρους CubeSats που μετέφερε η πρόσφατη αποστολή στην Σελήνη Artemis 1.
Τι συμβαίνει όταν η διαδρομή που ακολούθησαν τα διαφεύγοντα νετρόνια περιέχει νερό (επομένως και πυρήνες υδρογόνου, δηλ. πρωτόνια); Επειδή τα νετρόνια έχουν σχεδόν την ίδια μάζα με τα πρωτόνια μεταβιβάζουν διαμέσου ελαστικών κρούσεων το μεγαλύτερο (ή και ολόκληρο) το ποσό της κινητικής τους ενέργειας στα πρωτόνια, οπότε είτε εξέρχονται με πολύ μικρή ενέργεια από την επιφάνεια (θερμικά νετρόνια) ή δεν εξέρχονται καθόλου.
Όταν όμως δεν υπάρχει νερό (επομένως ούτε πρωτόνια) τα νετρόνια αναπηδούν ελαστικά σε βαρύτερους πυρήνες, κι αν διαφύγουν από την επιφάνεια της Σελήνης μετά από διαδοχικές ελαστικές ανακλάσεις θα έχουν αρκετά μεγαλύτερες ενέργειες (επιθερμικά νετρόνια ≥0,4 eV), αφού οι απώλειες θα είναι αρκετά μικρότερες.
Μια (υπερ)απλουστευμένη αναλογία για να κατανοήσουμε την φασματοσκοπία νετρονίων που διαφεύγουν από την επιφάνεια της Σελήνης (αλλά και άλλων αστρονομικών αντικειμένων) είναι οι σχεδόν ελαστικές κρούσεις που πραγματοποιούν τα μπαλάκια του πινγκ πονγκ.
Όταν ένα μπαλάκι του πιγκ πογκ συγκρούεται (περίπου) κεντρικά με ένα άλλο χάνει (περίπου) όλη την ενέργειά του. Το ίδιο συμβαίνει με κάθε φορά που ένα νετρόνιο (μπαλάκι του πινγκ πονγκ) χτυπά ένα άτομο υδρογόνου (άλλη μπάλα του πινγκ πονγκ).
Αντίθετα, οι συγκρούσεις μεταξύ νετρονίων και πυρήνων από άλλα στοιχεία του περιοδικού πίνακα μοιάζουν με έναν μπαλάκι του πινγκ πονγκ που συγκρούεται με μπάλα μπόουλινγκ. Στην περίπτωση αυτή έχουμε ανάκλαση με την ίδια σχεδόν ταχύτητα.
Το LunaH-Map διαθέτει ένα μικροσκοπικό φασματόμετρο νετρονίων (Mini-NS) που περιέχει ένα ευαίσθητο σε νετρόνια υλικό που ονομάζεται σπινθηριστής. Οι σπινθηριστές παράγουν μια μικρή φωτεινή λάμψη όταν τα νετρόνια αλληλεπιδρούν με το υλικό τους. Το παραγόμενο φως ενισχύεται από φωτοπολλαπλασιαστές και οι φωτεινές αναλαμπές αντιστοιχίζονται σε καταμετρήσεις νετρονίων.
Το Mini-NS έχει σχεδιαστεί για να ανιχνεύει μόνο τα επιθερμικά νετρόνια. Για τον λόγο αυτό χρησιμοποιεί μια ασπίδα γαδολινίου για την αποτελεσματική «θωράκιση» (απορρόφηση) των θερμικών νετρονίων, κάνοντας έτσι τον ανιχνευτή ευαίσθητο στα επιθερμικά νετρόνια που σχετίζονται κυρίως με την αφθονία του υδρογόνου (και επομένως νερού) στην Σελήνη. Έτσι όταν το Mini-NS θα περνάει πάνω από περιοχές της Σελήνης που περιέχουν νερό θα ανιχνεύει μικρότερους αριθμούς νετρονίων με μεγαλύτερες ενέργειες (επιθερμικά νετρόνια).
Και πως ξέρουμε ότι τα νετρόνια που ανιχνεύονται προέρχονται από την επιφάνεια της Σελήνης; Διότι τα νετρόνια ζουν περίπου 15 λεπτά έξω από τους πυρήνες των ατόμων και τα νετρόνια που παράγονται από μακρινές αστρονομικές πηγές είναι αδύνατον να περιέχονται στην κοσμική ακτινοβολία. Επομένως η μόνη πηγή των νετρονίων που φτάνουν στον ανιχνευτή Μini-NS είναι η επιφάνεια της Σελήνης.
Σύμφωνα με το space.com ο μικροσκοπικός δορυφόρος LunaH-Map απέτυχε να εκτελέσει έναν κρίσιμο ελιγμό όπως είχε προγραμματιστεί στις 21 Νοεμβρίου. Αυτό όμως δεν σημαίνει οριστικό τέλος της αποστολής. Τα άλλα συστήματά του φαίνεται να λειτουργούν κανονικά. Αν το σύστημα πρόωσης λειτουργήσει μέσα στους επόμενους μήνες, η αποστολή χαρτογράφησης του νερού της Σελήνης θα συνεχιστεί κανονικά.
Πηγή: LUNAHMAP / PHYSICSGG
