LCROSS était une mission inhabituelle, car elle s'appuyait sur un impact pour étudier un corps planétaire. Non seulement la mission était inhabituelle, mais aussi le panache d'éjecta produit en claquant un booster de fusée Centaure creux dans la Lune.
"Un impact normal avec un impacteur solide jette des débris plus que vers le haut, comme un abat-jour inversé qui s'élargit de plus en plus au fur et à mesure qu'il s'éteint", a déclaré Pete Schultz, de l'Université Brown et membre de l'équipe scientifique du LCROSS. "Mais la configuration d'un impacteur creux - le propulseur de fusée vide - a créé un panache qui avait à la fois un panache à faible angle mais, plus important encore, également un panache à angle élevé vraiment proéminent qui a tiré presque directement vers le haut."
Ce panache élevé a suffisamment élevé les débris pour qu'il soit éclairé par la lumière du soleil et puisse être étudié par un vaisseau spatial.
Même si le panache n'était pas vu de la Terre, comme cela avait été annoncé avant l'impact, il a été vu à la fois par le vaisseau spatial de berger LCROSS et le Lunar Reconnaissance Orbiter. Utiliser le Centaure épuisé n'était pas tant par la conception de la mission que par ce qui était disponible. Mais cela s'est avéré être un excellent choix.
"Je pense que nous avons eu beaucoup de chance", a déclaré Schultz au magazine Space lors d'une interview téléphonique cette semaine. «Je pense qu'un autre design, et nous avons peut-être obtenu un résultat très différent. Peu de débris ont pu remonter au soleil et le panache aurait été très temporaire. »
Pour que les débris soient suffisamment hauts pour entrer dans la lumière du soleil, ils devaient s'élever à environ un demi-mille au-dessus du fond du cratère.
"Pour mettre cela en perspective", a déclaré Schultz, "nous avons dû jeter des débris jusqu'à deux fois la hauteur de la tour Sears, le plus haut bâtiment des États-Unis. Maintenant, la Lune a moins de gravité, donc si nous la ramenons sur Terre et la comparons, c'est comme essayer de lancer une balle au sommet du Washington Monument. Il y a donc beaucoup de gravité à surmonter, et il s'avère que cet impact l'a fait parce que nous avons utilisé un impacteur creux. »
Lorsque le propulseur de fusée a frappé et que le cratère a commencé à se former, la surface lunaire s'est effondrée et a tiré vers le haut - presque comme un jet - vers le soleil, emportant avec elle les substances volatiles qui avaient été piégées dans le régolithe.
Afin de comprendre à quoi ressemblerait l'impact, Schultz et son équipe, qui comprenait l'étudiant diplômé Brendan Hermalyn, ont réalisé des impacts et une modélisation à petite échelle. Leurs tests n'ont été effectués que quelques mois avant l'impact réel et ont utilisé de petits projectiles d'un demi-pouce sur différentes surfaces.
"La plupart des impacts, lorsque nous les modélisons, nous supposons que les impacteurs sont solides", a déclaré Schultz. «Nous avons fait des expériences, avec des projectiles solides et creux, et lorsque nous avons utilisé le projectile creux, nous avons été vraiment surpris. Nous avons non seulement vu les débris se déplacer vers l'extérieur, mais aussi vers le haut. »
"Nous ne savions vraiment pas exactement ce que nous allions voir dans l'impact LCROSS réel, mais nos tests ont beaucoup expliqué", a poursuivi Schultz, "expliquant pourquoi nous avons vu ce que nous avons fait et pourquoi nous avons vu le panache pendant si longtemps." . S'il était sorti comme un abat-jour inversé ou un entonnoir en expansion, les débris seraient montés et descendus, et auraient probablement été faits en environ 20 secondes. Au lieu de cela, il a continué à venir. »
Mais il y avait des moments attendus. Alors que le vaisseau spatial LCROSS se dirigeait vers la surface lunaire, Tony Colaprete et l'équipe ont réajusté les expositions sur les caméras et l'équipe a pu réellement voir la surface de la Lune dans les dernières secondes avant l'impact.
"C'était génial", a déclaré Schultz. «Cela signifie que nous avons pu voir le cratère, nous avons pu obtenir une estimation de la taille du cratère, et cela était logique avec ce que nos prévisions avaient dit. Mais nous avons également pu voir les restes de ce panache à angle élevé revenir encore à la surface. Cela devait être tourné presque directement dans l'espace et revenait maintenant sur la Lune. Nous l'avons vu comme un nuage très diffus, et avons vu les parties restantes du régolithe redescendre, comme une fontaine. Pour moi, c'était la partie la plus excitante. »
Schultz a déclaré qu'il était nerveux lors de l'impact.
"Je dois avouer que nous étions sur des épingles et des aiguilles", a-t-il dit, "car c'était quelque chose de beaucoup plus grand que les expériences d'utilisation de projectiles d'un demi-pouce et nous ne savions pas si cela allait s'intensifier. Nous avions affaire à quelque chose qui ressemblait à un bus scolaire sans enfants à bord qui claquait dans la Lune et nous ne savions pas si cela allait se comporter de la même manière que nos modèles plus petits. "
Et même si le panache a agi comme les modèles, il y a eu beaucoup de surprises - à la fois dans l'impact et ce qui a maintenant été découvert dans Cabeus Crater.
"Nous savions quand il allait toucher la surface - nous savons à quelle vitesse nous allions et où nous étions au-dessus de la surface - et il s'est avéré qu'il y avait un délai avant de voir le flash et c'était vraiment une surprise", Schultz m'a dit. «Il a fallu environ une demi-seconde de retard, puis il a fallu environ un tiers de seconde avant de commencer à augmenter et à devenir plus lumineux. Le tout a pris sept dixièmes de seconde avant de devenir brillant. C'est la marque d'une surface moelleuse. »
Schultz a déclaré qu'ils savaient qu'il s'agissait probablement d'une surface "duveteuse" issue des expériences et de la modélisation, ainsi que des comparaisons avec la mission Deep Impact, pour laquelle il était co-investigateur.
"L'une des premières choses que nous avons réalisé, c'est que ce n'est pas votre régolithe normal - ce que vous pensez habituellement pour la Lune", a déclaré Schultz. «Nous avons regardé le flash et nous avons cherché quel type de spectres nous avons vu. Le spectre a les empreintes digitales de la composition des éléments et des composés. Nous nous attendions à cause de la faible vitesse que nous n’aurions pas pu voir beaucoup. Mais au lieu de cela, nous avons immédiatement obtenu quelques coups, nous avons pu voir une émission soudaine d'OH, qui est une caractéristique à cette longueur d'onde d'un sous-produit de chauffage de l'eau. Ensuite, l'exposition suivante de 2 secondes a eu lieu lorsque les choses ont commencé à apparaître, le spectre global est devenu plus clair, ce qui signifie que nous voyions plus de poussière. Mais ensuite, nous avons vu ce grand pic géant de sodium, tout comme une balise, une ligne de sodium très brillante. »
Et puis il y avait deux autres lignes qui étaient très étranges. "La meilleure association que nous ayons pu trouver était l'argent", a déclaré Schultz. «C'était une surprise. Ensuite, toutes ces autres lignes d'émission ont commencé à émerger à mesure que davantage de matériaux pénétraient la lumière du soleil. Cela suggère que nous jetions la poussière au soleil et que les substances volatiles qui avaient été gelées à temps, littéralement, dans l'ombre de Cabeus se réchauffaient et étaient libérées. »
Certains de ces composés comprenaient non seulement de l'eau et de l'OH, mais aussi des choses comme le monoxyde de carbone, le dioxyde de carbone et le méthane, "des choses auxquelles nous ne pensons pas lorsque nous parlons de la Lune", a déclaré Schultz. «Ce sont des composés auxquels nous pensons quand nous pensons aux comètes, alors maintenant nous sommes en position que peut-être ce que nous voyons aux pôles est le résultat d'une longue histoire d'impacts qui apportent avec eux beaucoup de ce type de matériel. " (Lisez notre interview avec Tony Colaprete pour en savoir plus sur les résultats récents du LCROSS.)
Mais personne ne sait comment la Lune peut retenir ces volatiles et comment ils se retrouvent dans les cratères polaires.
Pour comprendre cela, Schultz a déclaré que davantage de missions sur la Lune étaient nécessaires.
"Même si les astronautes d'Apollo étaient là, nous trouvons maintenant des choses 40 ans plus tard qui nous font craquer de toutes ces nouvelles informations", a déclaré Schultz. "Cela va vous montrer, vous pouvez visiter et penser que vous connaissez un endroit, mais vous devez y retourner et peut-être même y vivre."
Schultz a déclaré qu'en tant qu'expérimentaliste, on ne pouvait jamais se sentir suffisant, mais en voyant comment le panache réel se comportait comme leurs modèles, lui et son équipe étaient très heureux. «Les expériences permettent à la nature de vous enseigner des leçons et c'est pourquoi elles sont très intéressantes à faire. Nous sommes humiliés presque tous les jours. »
