东京城市大学的研究人员通过模拟显示，一种新开发的小型X射线望远镜可以帮助创建整个月球表面的化学图谱。这样的图谱将是理解月球如何形成、变化和演化的重要一步。他们的详细建模包括望远镜探测器和一个现实的月球轨道卫星任务，表明一台望远镜可以在大约两年内绘制五种重要元素的图谱。一个由五乘五个探测器组成的更大阵列可以产生更清晰的图谱，并更快地完成工作。 月球化学图谱 月球的地质历史仍然未得到完全理解。一个主要原因是科学家们尚未获得完整的月球表面地球化学图谱。由于研究人员无法简单地从月球的每个部分收集样本，他们必须依赖遥感方法。其中一种方法是X射线荧光成像。在这一方法中，探测器对准月球，以捕捉特定元素在受到太阳辐射时发出的X射线。这些信号可以帮助揭示不同区域表面的元素组成。 完整月球图谱为何困难 阿波罗和月船任务的早期观察产生了有用的部分图谱，但仍然缺乏完整的全球图谱。创建一个完整的图谱在技术上有几个困难。任务收集足够的阳光驱动的X射线信号的时间有限，而探测器在太空中长时间工作时可能会退化。这个问题在月球两极附近尤其困难。在这些地区，太阳X射线较弱，这使得收集所需信号以识别表面元素变得更加困难。 用于月球轨道的紧凑型X射线望远镜 为了解决这些障碍，东京城市大学的Airi Toida教授和Yuichiro Ezoe教授领导的团队提议在一个绕月卫星上使用紧凑型X射线望远镜。该望远镜将允许在强烈的太阳耀斑期间对月球表面进行大范围观测，此时太阳提供更强的X射线照射。传统的X射线望远镜通常体积过大、重量过重，不适合这种类型的任务。相比之下，团队的紧凑望远镜最初是为研究地球磁层而设计的，重量低于10公斤。它的小体积可能使其适用于长期的月球卫星观测。该探测器还在比预期的月球轨道辐射条件差得多的环境下进行了测试。这种耐用性可以支持在延长任务期间进行稳健的大范围高分辨率成像。 模拟显示绘制完整月球图谱的路径 随后，研究人员将望远镜的规格添加到数值模拟中，以测试卫星任务是否能成功绘制月球。假设每年发生300次太阳耀斑，以及在一台绕月卫星上的一台望远镜，模拟显示在两年的时间内可以使用70 x 70公里的网格大小绘制月球表面五种元素（氧、铁、镁、铝、硅）。由于望远镜体积小，团队还研究了一台搭载五乘五个望远镜阵列的卫星。根据模拟，这个25个望远镜的系统可以将任务时间缩短到一年。在两年的操作中，它还可以绘制钠元素，同时将网格大小改善到30 x 30公里。 月球地质的新窗口 如果任何一个任务概念变为现实，它将产生整个月球元素丰度的第一幅完整图谱。这一成就将为科学家们提供一个强大而新的工具，以研究月球地质并重建月球漫长而复杂的历史。这项工作得到了JSPS KAKENHI资助编号21H04972的支持。