永久阴影月球坑内的水：进一步的 LCROSS 建模与分析

2009 年月球坑观测与传感卫星（LCROSS）撞击任务利用牧羊航天器对撞击产生的碎屑羽流进行光谱观测，探测到了水冰吸收，证实了关于 Cabeus 坑内永久阴影区存在水冰的既有假说。支持该任务的地面观测进一步约束了碎屑羽流的质量以及撞击期间喷出的水冰浓度。本工作中，我们探究了产生与地面观测一致的羽流模型所需的撞击前月球沉积物的初始条件的额外约束。我们利用一层冰浓度随深度增加的脏冰、一层纯风化层，以及位于月表下约 6 米处本可在羽流中可见但因抗拉强度足够高而未被挖掘出的物质层，来匹配观测到的碎屑羽流光变曲线。在几种可能物质中，具有足够高冰浓度的风化层与冰的混合物可能合理地产生此种行为。最佳拟合模型中使用的垂直反照率剖面使我们能够计算 Cabeus 坑内撞击前水冰质量为 $5 \pm 3.0 \times 10^{11}$ kg，月球沉积物中水的质量浓度为 $8.2 \pm 0.001$ %wt（假设水冰反照率为 0.8、月球风化层密度为 1.5 g cm$^{-3}$），或水的质量浓度为 $4.3 \pm 0.01$ %wt（假设月球风化层密度为 3.0）。这些拟合地面观测的模型所得碎屑羽流中风化层与水冰的派生质量与现场测量一致，模型碎屑羽流水冰质量为 108 kg。