Il Polo Sud della Luna è il punto nell'emisfero sud della Luna dove l'asse di rotazione lunare incontra la sua superficie. È di particolare interesse per gli scienziati a causa della presenza di ghiaccio d' acqua nei suoi crateri di oscurità eterna : questi non ricevono mai la luce solare e quindi rimangono permanentemente abbastanza freddi perché il ghiaccio e altre sostanze volatili rimangano intrappolate. Al contrario, la regione del Polo Nord della Luna ha una quantità molto minore di crateri protetti in modo simile.
L'asse di rotazione della Luna è praticamente perpendicolare al piano dell'eclittica (alla direzione del Sole): la sua inclinazione è di soli 1,5° mentre l'asse dei poli terrestri è inclinato di 23,5°. Di conseguenza, la radiazione solare è sempre radente nelle regioni polari del nostro satellite e i rilievi creano zone permanentemente in ombra (soprattutto i fondi dei crateri) in cui la temperatura rimane al di sotto di 0°C. Il polo sud della Luna è caratterizzato da rilievi particolarmente importanti ( Polo Sud-Bacino di Aitken ). Mentre altrove sulla Luna la temperatura durante il giorno supera i 100°C impedendo la conservazione dell'acqua, le condizioni nelle regioni polari situate permanentemente all'ombra consentono all'acqua, portata indubbiamente dalle comete e dagli asteroidi che hanno urtato la Luna, di sussistere di scale temporali.
Il polo sud lunare si trova al centro del Circolo Polare Antartico (da 80°S a 90°S). Si è spostato di 5 gradi dalla sua posizione originale miliardi di anni fa . Questo cambiamento ha alterato l'asse di rotazione della Luna, permettendo alla luce solare di raggiungere aree precedentemente ombreggiate, anche se ci sono ancora crateri di oscurità eterna . La rotazione dell'asse è di 88,5 gradi dal piano dell'ellittica.
Allo stesso modo, il Polo Sud contiene anche aree permanentemente esposte al sole. La regione presenta anche il Polo Sud - Bacino di Aitken , il più grande sulla Luna, e montagne, come il picco Epsilon che si innalza di 9.050 km, più alto di qualsiasi montagna trovata sulla Terra. La temperatura media del Polo Sud è di circa 260 K (-13 ° C).
L'asse di rotazione della Luna è nel cratere Shackleton . Crateri notevoli più vicini al polo sud lunare includono De Gerlache , Sverdrup , Shoemaker , Faustini , Haworth , Nobile e Cabeus .
Il Polo Sud lunare comprende un'area con i bordi dei crateri esposti alla luce solare quasi costante, ma l'interno dei crateri rimane costantemente in ombra. L'illuminazione dell'area viene studiata utilizzando modelli digitali ad alta risoluzione prodotti dai dati del Lunar Reconnaissance Orbiter .
La superficie lunare può anche riflettere il vento solare sotto forma di atomi energetici neutri. In media, il 16% di questi atomi sono protoni che variano con la posizione. Questi atomi creano un flusso integrale di atomi di idrogeno retrodiffusi a causa della quantità riflessa di plasma che esiste sulla superficie della Luna.
Le trappole fredde sono i luoghi importanti della regione del polo sud lunare dove è possibile l'esistenza di ghiaccio d'acqua e altri depositi volatili. Possono contenere acqua e ghiaccio originari delle comete e la riduzione del ferro indotta dal vento solare .
Da esperimenti e letture di campioni, è confermato che le trappole fredde contengono ghiaccio. L' idrossile si trova anche in questi. La scoperta di questi due composti ha portato al finanziamento di missioni principalmente incentrate sui poli lunari, mediante rilevamento a infrarossi. Il ghiaccio rimane in queste trappole a causa del comportamento termico della Luna che è controllato da proprietà termofisiche come la dispersione della luce solare, la radiazione termica , il calore interno e la luce emessa dalla Terra.
In alcune zone della Luna, la crosta è magnetizzata. Questo è noto come un'anomalia magnetico dovuto ai residui di ferro metallico depositato dalla simulazione che ha formato il bacino Polo Sud-Aitken . Tuttavia, la concentrazione di ferro che si pensa sia nel bacino non è presente nelle mappe, perché potrebbero essere troppo profonde nella crosta lunare perché le mappe possano rilevarle .
Orbiter di diversi paesi hanno esplorato la regione intorno al Polo Sud lunare. Studi approfonditi sono stati così effettuati dai Lunar Orbiters , Clementine , Lunar Prospector , Lunar Reconnaissance Orbiter , SELENE e Chandrayaan-1 , che hanno scoperto la presenza di acqua sulla Luna .
La missione LCROSS della NASA è una quantità significativa di acqua a Cabeus . Quindi si schianta deliberatamente sul terreno di questo cratere Cabeus e i campioni rivelano che contiene quasi il 5% di acqua.
Il Lunar Reconnaissance Orbiter è stato lanciato il 18 giugno 2009 e sta ancora mappando la regione lunare del Polo Sud. L'obiettivo è vedere se la regione lunare del Polo Sud ha risorse sostenibili sufficienti per supportare una stazione permanente e presidiata. L'LRO esegue l'esperimento del radiometro lunare Diviner, che studia la radiazione e le proprietà termofisiche della superficie del polo sud. Può rilevare la radiazione solare riflessa e le emissioni infrarosse interne. LRO Diviner è in grado di rilevare dove il ghiaccio d'acqua potrebbe essere intrappolato sulla superficie.
Il 3 gennaio 2019, Chang'e 4 , una sonda spaziale cinese , è la prima ad effettuare un atterraggio morbido nel cratere Von Kármán , che si trova nel grande bacino del Polo Sud-Aitken a sud del lato più lontano della Luna .
La seconda missione lunare indiana Chandrayaan-2 , è stata lanciata il 22 luglio 2019 e cerca di atterrare senza problemi nella regione polare sud della Luna. Il lander alla fine non è riuscito ad atterrare in sicurezza, perdendo la comunicazione a 335 m dal suolo.
La regione del Polo Sud lunare è considerata un luogo imperdibile per future missioni di esplorazione e sarebbe adatta per un avamposto lunare. Luoghi permanentemente all'ombra sulla Luna potrebbero contenere ghiaccio e altri minerali, che sarebbero risorse vitali per i futuri coloni. Le cime delle montagne vicino al Polo sono illuminate per lunghi periodi di tempo e potrebbero essere utilizzate per fornire energia solare a un avamposto. Con un avamposto sulla luna, gli scienziati potrebbero analizzare l'acqua e altri campioni volatili risalenti alla formazione del Sistema Solare .
Utilizzando i dati dell'altimetro laser LOLA ( Lunar Orbiter Laser Altimeter ) a bordo dell'orbita lunare LRO gli scienziati della NASA sono stati in grado di creare un modello digitale dei dettagli del terreno della Luna. La carta topografica così prodotta indica che in prossimità del Polo Sud, presso Connecting Ridge che collega il cratere Shackleton al cratere De Gerlache , esiste un sito in cui il Sole è visibile dal 92,27 al 95,65% ad un'altitudine che va dai 2 m dal suolo ai 10 m fuori terra. Negli stessi luoghi, è stato riscontrato che i periodi di buio continuo più lunghi erano solo da 3 a 5 giorni.
Il Polo Sud della Luna è un luogo in cui gli scienziati potrebbero essere in grado di effettuare osservazioni astronomiche uniche di onde radio inferiori a 30 MHz. I microsatelliti cinesi Longjiang sono stati lanciati nel maggio 2018 per orbitare attorno alla Luna e Longjiang-2 opera a questa frequenza fino al 31 luglio 2019. Prima di Longjiang-2 , nessun osservatorio spaziale era stato in grado di utilizzare onde radio astronomiche in questa frequenza a causa di interferenze da apparecchiature terrestri. Il Polo Sud lunare ha montagne e bacini che non sono rivolti verso la Terra e quindi sarebbe un luogo ideale per ricevere tali segnali radio astronomici da un osservatorio radiofonico terrestre.
L' agenzia spaziale americana , la NASA , ha rilanciato nel 2019 sotto la guida del presidente Trump , un progetto per esplorare la luna da parte degli astronauti che avrebbe segnato il primo ritorno dell'uomo sulla luna dopo il programma Apollo (1962-1974). L'obiettivo finale del programma Artemis è creare un'installazione permanente vicino al Polo Sud della Luna per beneficiare delle condizioni eccezionali offerte da questa regione: l'acqua intrappolata nei crateri perennemente in ombra deve consentire la produzione di ossigeno. , razzo propellente e l'acqua consumata dagli equipaggi, mentre alcuni siti beneficiano di un'illuminazione permanente che fornisce l'energia necessaria per le attività umane. Si prevede (2020) che la prima missione con equipaggio, Artemis 3 , dovrebbe atterrare in questa regione intorno al 2024. Per allora diversi veicoli spaziali robotici sono responsabili dello studio dettagliato della regione. La missione più notevole è quella del rover VIPER , il cui obiettivo è analizzare la struttura dei depositi di ghiaccio d'acqua (distribuzione dei depositi, struttura fisica del ghiaccio d'acqua) per determinare se il suo funzionamento è possibile. Il lancio e il deposito sulla superficie della Luna è affidato a società private nell'ambito del CLPS .
L'esplorazione della regione viene presa in considerazione anche da società private. Blue Origin sta pianificando una missione nella regione del Polo Sud intorno al 2024. Il lander Blue Moon deriva dalla tecnologia di atterraggio verticale utilizzata nel razzo suborbitale New Shepard di Blue Origin. Ciò consentirebbe potenzialmente agli sbarchi lunari di formare una base presidiata in un cratere nella regione polare meridionale utilizzando il loro lander Blue Moon .