LCROSS var ett ovanligt uppdrag, i och med att det förlitade sig på inverkan för att studera en planetkropp. Uppdraget var inte bara ovanligt, det var ejecta-plommen som producerades genom att slänga en ihålig Centaur-raketförstärkare i månen.
"En normal påverkan med en solid stötdämpare slänger ut skräp mer än upp, som en inverterad lampskärm som blir bredare och bredare när det går ut," sade Pete Schultz, från Brown University och en medlem av LCROSS vetenskapsteam. "Men konfigurationen av en ihålig slagkraft - den tomma raketförstärkaren - skapade en plommon som hade både en lågvinkelflomme men ännu viktigare, också en riktigt framträdande högvinkelpum som sköt nästan rakt upp."
Denna höga plume höjde skräpet tillräckligt så att det var upplyst av solljus och kunde studeras av rymdskepp.
Även om plommon inte sågs från jorden, så som den annonserades före påverkan, sågs den av både LCROSS-herde-rymdskeppet och Lunar Reconnaissance Orbiter. Att använda den använda Centaur var inte så mycket genom uppdragsdesign som att använda det som var tillgängligt. Men det visade sig vara ett utmärkt val.
"Jag tror att vi var ganska lyckliga," sa Schultz till Space Magazine i en telefonintervju den här veckan. ”Jag tror att en annan design, och vi kanske har fått ett helt annat resultat. Inte mycket skräp kan ha kommit upp i solljuset och plommen hade varit mycket tillfällig. ”
För att skräpet skulle bli tillräckligt högt för att komma i solljus, var det tvunget att resa upp ungefär en halv mil över kraterens botten.
”För att sätta detta i perspektiv,” sade Schultz, ”var vi tvungna att slänga skräp upp två gånger så högt som Sears Tower, USA: s högsta byggnad. Nu har månen mindre tyngdkraft, så om vi tar den ner till jorden och jämför den, är det som att försöka kasta en boll till toppen av Washington Monument. Så det finns mycket tyngdkraft att övervinna, och det visar sig att denna påverkan gjorde det för att vi använde en ihålig slagkraft. ”
När raketförstärkaren träffade och krateret började formas, kollapsade månens yta och sköt uppåt - nästan som en stråle - mot solljuset och bar med sig de flyktiga ämnena som hade fångats i regoliten.
För att ta reda på hur effekterna skulle se ut gjorde Schultz och hans team, som inkluderade doktorand Brendan Hermalyn, småskaliga effekter och modellering. Deras test gjordes bara ett par månader före den verkliga påverkan och använde små halvtums projektiler på olika ytor.
"De flesta påverkan, när vi modellerar dem, antar vi att påverkarna är solida," sa Schultz. ”Vi gjorde experiment, med både fasta och ihåliga projektiler, och när vi använde den ihåliga projektilen, hade vi en verklig överraskning. Vi såg inte bara skräpet flytta utåt, utan också uppåt. ”
"Vi visste verkligen inte exakt vad vi skulle se i själva LCROSS-påverkan, men våra tester förklarade mycket," fortsatte Schultz, "förklarade varför vi såg vad vi gjorde och varför vi såg plommon så länge . Om det hade kommit ut som en inverterad lampskärm eller en tratt som expanderade, skulle skräpet ha kommit upp och gått tillbaka ner, och antagligen skulle det ha gjorts inom cirka 20 sekunder. Istället fortsatte det bara att komma. ”
Men det fanns några förväntade stunder. När LCROSS-herde-rymdskeppet närmade sig månens yta, justerade Tony Colaprete och teamet exponeringarna på kamerorna och teamet kunde faktiskt se månens yta under de sista sekunderna före påverkan.
"Det var fantastiskt," sa Schultz. ”Det betyder att vi fick se kratern, vi kunde få en uppskattning av hur stor krateren var, och det var meningsfullt med vad våra förutsägelser hade sagt. Men vi kunde också se resterna av denna högvinkelflomme som fortfarande återvänder till ytan. Detta måste ha skjutits nästan rakt upp i rymden, och var nu på väg tillbaka till månen. Vi såg det som ett mycket diffust moln och såg de återstående delarna av regolitten komma tillbaka, som en fontän. För mig var det den mest spännande delen. ”
Schultz sa att han var nervös under påverkan.
"Jag måste erkänna, vi satt på stift och nålar," sade han, "eftersom det här var något mycket större än experimenten med att använda halvtums projektiler och vi visste inte om det skulle gå upp. Vi hade att göra med något som såg ut som skolbuss utan barn ombord som slängde in i månen och vi visste inte om det skulle uppträda på samma sätt som våra mindre modeller. "
Och även om plommon fungerade som modellerna, fanns det gott om överraskningar - både i anslaget och vad som nu har upptäckts att existera i Cabeus krater.
"Vi visste när det skulle träffa ytan - vi vet hur snabbt vi gick och var vi var ovanför ytan - och det visade sig att det var en fördröjning innan vi såg blixt och det var verkligen en överraskning," Schultz sa. ”Det var ungefär en halv sekunders försening och sedan tog det ungefär en tredjedel av sekundens försening innan det började stiga och bli ljusare. Det hela tog sju tiondelar av en sekund innan det började bli ljus. Det är kännetecknet för en fluffig yta. ”
Schultz sa att de vet att det troligtvis var en "fluffig" yta från experimenten och modelleringen och från jämförelser med Deep Impact-uppdraget, för vilket han var en medutredare.
"En av de första sakerna som vi insåg var att detta inte är din normala regolit - vad du vanligtvis tänker på för månen," sa Schultz. ”Vi tittade på blixt och såg efter vilken typ av spektra vi såg. Spektra har fingeravtryck för sammansättningen av elementen och föreningarna. Vi förväntade oss på grund av den låga hastigheten som vi faktiskt inte skulle se mycket. Men istället fick vi genast ett par träffar, vi fick se en plötslig utsläpp av OH, vilket är ett kännetecken vid denna våglängd för en biprodukt av uppvärmning av vatten. Sedan var nästa 2-sekunders exponering när saker började dyka upp, de totala spektra blev ljusare vilket innebar att vi såg mer damm. Men då såg vi den här stora jättestoppen av natrium, precis som en fyr, en mycket ljus natriumlinje. ”
Och sedan fanns det två andra linjer som var väldigt udda. "Den bästa föreningen vi kunde hitta är silver," sa Schultz. ”Det var en överraskning. Sedan började alla dessa andra utsläppslinjer växa ut när mer material kom in i solljus. Det tyder på att vi kastade dammet i solljuset, och de flyktiga ämnena som hade frusit i tid, bokstavligen, i skuggorna i Cabeus värmdes upp och släpptes. "
Vissa av dessa föreningar inkluderade inte bara vatten och OH, utan också saker som kolmonoxid, koldioxid och metan, "saker som vi inte tänker på när vi pratar om månen", sa Schultz. ”Det är föreningar vi tänker på när vi tänker på kometer, så nu är vi i en position att kanske det vi ser vid polerna är resultatet av en lång historia av påverkan som medför mycket av denna typ av material. ” (Läs vår intervju med Tony Colaprete för mer information om de senaste LCROSS-resultaten.)
Men ingen är säker på hur månen kan hålla fast vid dessa flyktiga ämnen och hur de hamnar i de polära kratrarna.
För att räkna ut det sa Schultz att fler uppdrag till månen behövs.
"Trots att Apollo-astronauterna var där, hittar vi nu saker 40 år senare som får våra huvuden att knäppas från allt detta den nya informationen," sa Schultz. "Det kommer att visa dig, du kan besöka och tro att du känner en plats, men du måste gå tillbaka och kanske till och med bo där."
Schultz sade att man som experimentalist aldrig kan känna sig självmodig, men när man ser hur den faktiska plymen uppträdde precis som deras modeller, var han och hans team väldigt glada. "Experiment låter naturen lära dig lektioner och det är därför de är väldigt intressanta att göra. Vi är ödmjuka nästan dagligen. ”
