NASA的阿尔忒弥斯三号任务,准备在月球南极着陆。选择这里,是因为这里的一些陨石坑内常年不见阳光,据推测,有很大的可能性,会有一些陨石带来的陨冰在这里留存,可以用来开采,作为宇航员在月球长期驻留基地的水和氧气来源。更进一步,可以制造液氢和液氧,储存起来成为火箭燃料,让月球成为探索火星的中转站。

月球南极的阴影区,常年不见阳光,勘测它的内部情况,就是一个难题。2022年8月,spaceX的猎鹰9号火箭发射了韩国的KPLO,也就是韩国探路者月球轨道器。它上面搭载了NASA的一个名为ShadowCam的高敏感度光学相机。这个相机的特点就是,它专门设计来拍摄月球永久阴影区的高分辨率图像,光敏感度非常高,可以利用地球反光和周边山峰反射的太阳光,拍摄阴影区内的图像。

上面这一张,就是以前所未有的细节拍摄的沙克尔顿环形山内部照片。照片看起来细节满满,可别忘了,这个地区是没有阳光的,照片里面是永久黑暗区。箭头标记的是一块巨石从陨石坑的边缘上滚落的轨迹。对这些轨迹的观察有助于科学家描述巨石的形状和速度,进一步了解月球的岩石特性。下图就是LRO拍摄的同样地区照片,可以看到常规相机下,陨石坑内部一片黑暗。

ShadowCam的设计是为了在月球两极的阴影区域拍摄。然而,上面这张图片是在月球赤道地区的地球光照下拍摄的,是仪器灵敏度测试的一部分。它显示了布鲁斯陨石坑的内部以及土壤从陨石坑壁上滑落而形成的明亮流线。地球上的夜间,月光是唯一的自然界照明来源。在月球上其实也一样,在新月期间,我们从地球上看到一个薄薄的月牙的同时,在月球上的人将看到一个接近满月的地球。就像满月可以为地球提供照明一样,满地球也可以为月球提供照明--这被称为地球光。

测试证明,虽然地球光照比一般永久阴影区的阳光反射的照明要暗十倍,但ShadowCam仍然能够利用地球光照对月球表面进行成像,这表明该仪器有能力看到南极的阴影区域。

地球光不是月球表面阴影区照明的唯一来源,月球陨石坑内附近的地质特征,如山脉和陨石坑壁,都可以反射阳光,形成照明,这些地质特征高出地表足够高,可以直接反射阳光。上面的图片是用后一种照明方式拍摄的,显示了马文陨石坑的边缘,此地距离南极约26公里。从阴影可以看出来,与内部的小陨石坑相比,边缘的小陨石坑的照明方向有90度以上的变化,因为二次照明来自一个宽阔的弧线,而不是太阳的点光源。

上面的照片是马文陨石坑更广阔区域的照片。左边是日光照射区域,明显已经过曝。ShadowCam设计的感光度太高,日光照射区域直接就过曝了,不过它还是可以看到阴影区的细节,物有所值。