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沙克爾頓坑

月球撞击坑

沙克爾頓隕石坑（Shackleton）是位於月球南極的一座撞擊坑，其地質齡大約有36億年，在南極至少已存在了20億年[2]。其名稱取自盎格魯愛爾蘭人南極探險家歐內斯特·亨利·沙克爾頓爵士(1901年-1922年)，1994年國際天文學聯合會批准接受。

沙克爾頓坑
依據月球勘測軌道飛行器熱輻射數據構建的月球極圖。沙克爾頓隕石坑位於圖底中間。美國宇航局照片。
坐標89°40′S 129°47′E / 89.67°S 129.78°E / -89.67; 129.78
直徑21.0 公里[1]
深度4.2 公里[1]
余經日出時0°
命名來源歐內斯特·沙克爾頓

描述

 
1994年克萊門汀號拍攝的月球南極圖

該隕坑位於南極-艾特肯盆地內，環周邊分布的醒目撞擊坑有舒梅克環形山、霍沃思環形山、德·傑拉許隕石坑、斯維德魯普隕石坑、斯萊特隕石坑、福斯蒂尼隕石坑；以及距它稍遠，位於月球正面東半部以二位早期南極探險家所命名的更大的隕石坑-阿蒙森環形山和斯科特環形山[3]。沙克爾頓隕石坑中心月面坐標為89°40′S 129°47′E / 89.67°S 129.78°E / -89.67; 129.78，直徑20.92公里，深度約4.2公里[1]。月球的自轉軸點就位於沙克爾頓隕石坑內距中心點僅幾公里處。

從地球只能看到位於粗糙、崎嶇高地上的沙克爾頓隕石坑邊緣，其坑壁略微突起於月表，外側坡稍有撞擊侵蝕，但沒有明顯交織的坑壁，從地球上以50–90°的視角看，隕坑外壁坡度約為1.5°[1][4]。

由於月球的軌道與黃道只傾斜5°，因而，該隕坑內部處於永久黑暗中，但環坑口的壁峰卻幾乎持續處於陽光的照射中，暴露在太陽下的時間約占總個月球軌道周期的80-90%[5]。持續照亮的山脈又被稱為永晝峰，該稱謂自二十世紀以來就已存在。

日本月亮女神號探測器曾利用坑壁反光，對坑內陰影區進行過成像。該隕坑內部由一圈均勻的，坡度為30°的內側壁和直徑6.6公里的坑底所組成，分布有少量直徑不超過數百米的小隕坑。坑底覆蓋了一層厚約300-400米凹凸起伏的丘狀結構，中央峰高度約為200米[1][6]。

永久的黑暗使南極地區隕坑的坑底溫度持久恆定在100K以下。就沙克爾頓隕石坑而言，其測得的平均溫度約為90K，而坑底則低達88K。在此條件下，估計任何水冰的損耗率將只有10−26-10−27米/秒。所有伴隨撞擊的彗星一道抵達此處的水分子都將被凍結在坑底表層或之下。月球探勘者探測器測量的數據顯示，該隕坑內氫的含量遠高於月表一般水平，這表明可能存在著水冰，然而，該隕坑坑底的反照率顯示與月球背面一致，這表明坑底並沒有暴露的表面冰 [1][7]。

探索

 
克萊門汀號拍攝的沙克爾頓隕石坑
 
地球雷達成像的沙克爾頓隕石坑圖

從地球上看，該隕坑地處月球南側邊沿，觀測較為困難。直到軌道太空飛行器出現以前，還未曾測繪過月球極區及背面詳細的地圖。沙克爾頓隕石坑完全坐落在一座浩瀚的，太陽系內已知最大的撞擊坑之一-南極-艾特肯盆地內。該盆地深達12公里以上，對它的探測將可能會提供有關月球內部的有用信息[8]。

月球探勘者探測器上的中子光譜儀在月球南北二極附近，包括沙克爾頓隕石坑中檢測到了高濃度的氫。在1999年7月該任務結束時，探測器撞擊在舒梅克環形山附近，希望通過地球上的望遠鏡檢測到撞擊所散發出塵埃中的水分子。但在此次撞擊中並未有檢測到任何水分子，這可能表明，氫並非以水合物的形式存在，或撞擊地點並沒有冰[9]；抑或，可能撞擊深度不夠，沒有鑿破表岩屑層釋放出一定量的水分子。

從地球上的雷達及衛星所拍攝的該隕坑邊緣的圖像看，其外觀相對完整，極像一座尚未受到後續撞擊侵蝕的年輕隕石坑。這可能意味著它的內側壁較為陡峭，這將對登月的無人探測器行訪帶來不便[10]。此外，有可能該隕坑自形成來，坑底還沒有聚集到足夠量的揮發物。但它周邊的隕石坑地質齡都已相當長，可能含有明顯的以水冰形式存在的氫沉積物(請參閱舒梅克環形山)。

月球探勘者任務之前和之後的雷達研究顯示，沙克爾頓隕石坑內壁的反射特徵與一些暴露在陽光下的隕石坑相類似，尤其是它的周邊，似乎分布了大量的濺射覆蓋物，這表明它的雷達反射特徵是粗糙表面的結果，而非冰層。這與先前克萊門汀號飛船雷達數據所反映的情況相一致[11]。但這一解釋在科學界尚未取得一致的認同[12]。13厘米波長的雷達圖顯示，該隕坑中缺乏水冰層存在的證據 [13]。

2007年日本月球軌道飛行器-輝夜姬號首次對該隕坑的內部進行了光學成像，但即便將圖像解析度調整至10米/像素[14][15]，也沒得到任何顯示有明顯水冰存在的證據。

2008年11月15日，印度月球初航1號飛船發射了一顆34公斤重的"月球撞擊探測器"(MIP)[16]，25分鐘後，該探測器硬著陸在沙克爾頓隕石坑附近的月表。探測器攜帶了一具雷達高度計、一套視頻成像系統以及一架用於尋找水冰的質譜儀[17]。

潛力

 
月球勘測軌道飛行器拍攝的沙克爾頓隕石坑

沙克爾頓隕石坑的部分坑壁幾乎恆定地處於陽光照耀下，在這些地區利用太陽能電池板幾乎可得到源源不斷的電能，使之成為未來登月的絕佳地點.[18]。這些地區的氣溫也較低緯度的赤道區更有利，可避免承受從白天攝氏100°到夜晚−150°的極端溫度。

另一方面，克萊門汀號和月球探勘者飛船所進行的科學探測表明，極地隕石坑中可能存在水，但目前的證據還遠非最終定論。有科學家懷疑是否有水或氫是否以冰的形式存在，以及這種"礦藏"的含量和在月表下的深度。解決這些問題將需要開展進一步的登月計劃。不過水的存在暗示，在坑底可"採掘"到以水冰形式存在的氫-一種從地球直接帶去將十分昂貴的資源。

該隕坑也被建議可作為未來設置大型紅外望遠鏡的一處地址[19]，該隕坑坑底的低溫環境對紅外觀測非常理想，而安置在坑壁上的太陽能電池又可為觀察站提供連續不斷的電力。距該隕坑約120公里處，矗立著5公里高的馬拉柏特山，一座在地球上永久清晰可見的高峰，如安裝適當的設備，則可充當與地球通信聯絡的無線電中繼站[20]。

美國宇航局已將沙克爾頓隕石坑列為了未來的月球基地之一，已預定於2020年始，連續建設至2024年。該地點可確保基地自我持續運轉。因為，南極永久的陽光可為太陽能板充電，而黑暗的極區據信蘊藏了可用於製作燃料及人類生活所必需的水冰[21]。

參看

參考

  1. ^ 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 Haruyama, Junichi; Ohtake, M.; Matsunaga, T.; Morota, T.; Honda, C.; Yokota, Y.; Pieters, C. M.; Hara, S.; et al. Lack of Exposed Ice Inside Lunar South Pole Shackleton Crater. Science. November 7, 2008, 322 (5903): 938–939. Bibcode:2008Sci...322..938H. PMID 18948501. doi:10.1126/science.1164020. 
  2. ^ Spudis, Paul D.; Bussey, Ben; Plescia, Jeffrey; Josset, Jean-Luc; Beauvivre, Stéphane. Geology of Shackleton Crater and the south pole of the Moon (PDF). Geophysical Review Letters. 2008, 35 (14): L14201 [2009-09-24]. Bibcode:2008GeoRL..3514201S. doi:10.1029/2008GL034468. （原始內容存檔 (PDF)於2020-11-27）. 
  3. ^ Bussey, Ben; Spudis, Paul. The Clementine Atlas of the Moon. London: Cambridge University Press. 2004. ISBN 0-521-81528-2. 
  4. ^ SMART-1 view of Shackleton at lunar South Pole. ESA/SMART-1. January 13, 2006 [2009-05-13]. （原始內容存檔於2012-10-14）. 
  5. ^ Spudis, P. D.; et al. Physical Environment of the Lunar South Pole from Clementine data: Implications for Future Exploration of the Moon. Lunar and Planetary Science Conference 26: 1339–1340. March 1995. 
  6. ^ Haruyama, Junichi. The First Global Stereo Imaging of the Moon. JAXA. 2007 [2010-01-03]. （原始內容存檔於2013-04-10）. 
  7. ^ Ingersoll, A. P.; Svitek, T.; Murray, B. C. Stability of polar frosts in spherical bowl-shaped craters on the moon, Mercury, and Mars. Icarus. 1992, 100 (1): 40–47. Bibcode:1992Icar..100...40I. ISSN 0019-1035. doi:10.1016/0019-1035(92)90016-Z. 
  8. ^ Pieters, C. M.; et al. Science Options for Sampling South Pole-Aitken Basin (PDF). 34th Annual Lunar and Planetary Science Conference. League City, Texas. March 17–21, 2003 [2009-05-13]. （原始內容存檔 (PDF)於2021-01-16）. 
  9. ^ Isbell, D.; Morse, D.; Rische, B. Moon Water Still a Mystery. Science@NASA. October 13, 1999 [2009-05-13]. （原始內容存檔於2009年5月13日）. 
  10. ^ Zakrajsek, J. J.; et al. Exploration Rover Concepts and Development Challenges. NASA. March 2005 [2009-05-13]. （原始內容存檔於2009-04-05）. 
  11. ^ Campbell, B. A.; Campbell, D. B. Regolith properties in the south polar region of the Moon from 70-cm radar polarimetry. Icarus. 2006, 180 (1): 1–7. Bibcode:2006Icar..180....1C. doi:10.1016/j.icarus.2005.08.018. 
  12. ^ Spudis, Paul. Ice on the Moon. 2006 [2016-11-07]. （原始內容存檔於2007-02-22）. 
  13. ^ Campbell, Donald B.; Campbell, Bruce A.; Carter, Lynn M.; Margot, Jean-Luc; Stacy, Nicholas J. S. No evidence for thick deposits of ice at the lunar south pole. Nature. 2006-10-19, 443 (7113): 835–837. Bibcode:2006Natur.443..835C. PMID 17051213. doi:10.1038/nature05167. 
  14. ^ Haruyama, Junichi; Ohtake, M.; Matsunaga, T.; Morota, T.; Honda, C.; Yokota, Y.; Pieters, C. M.; Hara, S.; et al. Lack of Exposed Ice Inside Lunar South Pole Shackleton Crater. Science. 2008-10-23, 322 (5903): 938–939 [2016-11-07]. Bibcode:2008Sci...322..938H. PMID 18948501. doi:10.1126/science.1164020. （原始內容存檔於2009-09-29）. 
  15. ^ 月周回衛星「かぐや（SELENE）」搭載の地形カメラによる南極シャックルトンクレータ内の永久影領域の水氷存在に関する論文のサイエンスへの掲載について (新聞稿). JAXA. October 24, 2008 [2009-05-13]. （原始內容存檔於2019-08-11） （日語）. 
  16. ^ McDowell, Jonathan. Jonathan's Space Report No. 603. Jonathan's Space Report. 2008-11-15 [2008-11-16]. （原始內容存檔於2018-09-10）. 
  17. ^ India on the moon, Chandrayaan MIP lands. Chitramala. November 15, 2008 [May 13, 2009]. （原始內容存檔於2009年4月5日）. 
  18. ^ Bussey, D. B. J.; Robinson, M. S.; Spudis, P. D. Ideal Landing Sites near the Lunar Poles. 35th Lunar and Planetary Science Conference. League City, Texas. March 15–19, 2004 [2009-05-13]. 
  19. ^ Bussey, D. B. J.; Robinson, M. S.; Spudis, P. D. Design and Construction of a Lunar South Pole Infrared Telescope (LSPIRT). 34th COSPAR Scientific Assembly, The Second World Space Congress. Houston, Texas. October 10–19, 2002 [2009-05-13]. 
  20. ^ Sharpe, Burton L.; Schrunk, David G. Malapert Mountain Revisited. Proceedings of Space 2002: The Eighth International Conference And Exposition On Engineering, Construction, Operations, And Business In Space: 129–135. Bibcode:2002spro.conf..129S. 
  21. ^ Kluger, Jeffry. Promising the Moon. CNN. December 5, 2006 [May 13, 2009]. （原始內容存檔於2012-10-07）. 
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