Południowego bieguna Księżyca jest punkt, w południowej półkuli Księżyca , gdzie księżycowy oś obrotu spełnia swoją powierzchnię. Jest to szczególnie interesujące dla naukowców ze względu na obecność lodu wodnego w kraterach wiecznej ciemności : nigdy nie otrzymują one światła słonecznego, a zatem pozostają na stałe wystarczająco zimne, aby lód i inne lotne substancje pozostały uwięzione. Natomiast region bieguna północnego Księżyca ma znacznie mniejszą liczbę podobnie chronionych kraterów.
Oś obrotu Księżyca jest praktycznie prostopadła do płaszczyzny ekliptyki (do kierunku Słońca): jego nachylenie wynosi tylko 1,5 °, podczas gdy oś biegunów Ziemi jest nachylona 23,5°. W efekcie promieniowanie słoneczne zawsze pasie się w rejonach polarnych naszego satelity, a reliefy tworzą obszary trwale w cieniu (zwłaszcza dna kraterów), w których temperatura utrzymuje się poniżej 0°C. Biegun południowy Księżyca charakteryzuje się szczególnie ważnymi płaskorzeźbami ( biegun południowy-basen Aitken ). Podczas gdy gdzie indziej na Księżycu temperatura w ciągu dnia przekracza 100°C, uniemożliwiając zachowanie wody, to warunki w rejonach polarnych znajdujących się stale w cieniu pozwalają wodzie, niewątpliwie sprowadzonej przez komety i asteroidy, które uderzyły w Księżyc, przetrwać w warunkach geologicznych. skale czasu.
Południowy biegun Księżyca znajduje się w centrum Antarktycznego Koła Polarnego (od 80 ° S do 90 ° S). Odsunęła się o 5 stopni od swojej pierwotnej pozycji miliardy lat temu . Ta zmiana zmieniła oś obrotu Księżyca, pozwalając słońcu docierać do wcześniej zacienionych obszarów, mimo że wciąż istnieją kratery wiecznej ciemności . Obrót osi wynosi 88,5 stopnia od płaszczyzny eliptycznej.
Podobnie na biegunie południowym znajdują się również obszary, które są stale wystawione na działanie słońca. W regionie znajduje się również biegun południowy – Aitken Basin , największy na Księżycu, oraz góry, takie jak Epsilon Peak wznoszący się na 9050 km, wyżej niż jakakolwiek góra na Ziemi. Średnia temperatura bieguna południowego wynosi około 260 K (−13 ° C).
Oś obrotu Księżyca znajduje się w kraterze Shackletona . Godne uwagi kratery znajdujące się najbliżej południowego bieguna Księżyca to De Gerlache , Sverdrup , Shoemaker , Faustini , Haworth , Nobile i Cabeus .
Księżycowy biegun południowy obejmuje obszar z krawędziami krateru wystawionymi na prawie stałe światło słoneczne, ale wnętrze kraterów pozostaje w stałym cieniu. Oświetlenie obszaru jest badane za pomocą cyfrowych modeli o wysokiej rozdzielczości, uzyskanych na podstawie danych z Lunar Reconnaissance Orbiter .
Powierzchnia Księżyca może również odbijać wiatr słoneczny w postaci energetycznych, neutralnych atomów. Średnio 16% tych atomów to protony, które zmieniają się wraz z lokalizacją. Atomy te tworzą integralny strumień wstecznie rozproszonych atomów wodoru z powodu odbitej ilości plazmy, która istnieje na powierzchni Księżyca.
W zimne pułapki są ważne miejsca księżycowego bieguna południowego regionu, w którym istnienie lodu wodnego i innych depozytów lotnych jest możliwe. Mogą zawierać wodę i lód pochodzące z komet oraz redukcję żelaza wywołaną wiatrem słonecznym .
Na podstawie eksperymentów i odczytów próbek potwierdzono, że wymrażacze zawierają lód. W nich znajduje się również hydroksyl . Odkrycie tych dwóch związków doprowadziło do finansowania misji skoncentrowanych głównie na biegunach księżycowych, wykorzystujących detekcję podczerwieni. Lód pozostaje w tych pułapkach ze względu na termiczne zachowanie Księżyca, które jest kontrolowane przez właściwości termofizyczne, takie jak rozpraszanie światła słonecznego, promieniowanie cieplne , ciepło wewnętrzne i światło emitowane przez Ziemię.
W niektórych obszarach Księżyca skorupa jest namagnesowana. Jest to znane jako anomalia magnetyczna z powodu pozostałości metalicznego żelaza osadzonego przez impaktor, który utworzył basen Biegun Południowy-Aitken . Jednak na mapach nie ma stężenia żelaza, które, jak się sądzi, znajduje się w basenie, ponieważ mogą one znajdować się zbyt głęboko w skorupie księżycowej, aby mapy mogły je wykryć .
Orbiterzy z kilku krajów zbadali region wokół księżycowego bieguna południowego. Dogłębne badania zostały zatem przeprowadzone przez Lunar Orbiters , Clementine , Lunar Prospector , Lunar Reconnaissance Orbiter , SELENE i Chandrayaan-1 , które odkryły obecność wody na Księżycu .
Misja LCROSS z NASA jest znaczna ilość wody w Cabeus . Następnie celowo rozbija się o ziemię tego krateru Cabeus, a próbki ujawniają, że zawiera on prawie 5% wody.
Lunar Reconnaissance Orbiter rozpoczęła w dniu 18 czerwca 2009 roku i nadal jest mapowanie regionu południowego bieguna Księżyca. Celem jest sprawdzenie, czy region Księżyca na Biegunie Południowym ma wystarczające zrównoważone zasoby, aby utrzymać stałą, załogową stację. LRO przeprowadza eksperyment z radiometrem księżycowym Diviner, który bada promieniowanie i właściwości termofizyczne powierzchni bieguna południowego. Może wykrywać odbite promieniowanie słoneczne i wewnętrzne emisje podczerwieni. LRO Diviner jest w stanie wykryć, gdzie lód wodny może zostać uwięziony na powierzchni.
3 stycznia 2019 r., Chang'e 4 , chińska sonda kosmiczna , jako pierwsza wykonała miękkie lądowanie w kraterze Von Kármán , który leży w dużym basenie Bieguna Południowego-Aitken na południe od przeciwnej strony Księżyca .
Druga indyjska misja księżycowa Chandrayaan-2 zostaje wystrzelona 22 lipca 2019 r. i próbuje gładko wylądować w południowym polarnym regionie Księżyca. Lądownik ostatecznie udało się bezpiecznie wylądować, utraty komunikacji 335 m nad ziemią.
Region bieguna południowego Księżyca jest uważany za obowiązkową lokalizację dla przyszłych misji eksploracyjnych i byłby odpowiedni na księżycową placówkę. Miejsca na Księżycu pozostające stale w cieniu mogą zawierać lód i inne minerały, które byłyby istotnymi zasobami dla przyszłych osadników. Szczyty górskie w pobliżu bieguna są oświetlone przez długi czas i mogą być wykorzystywane do dostarczania energii słonecznej placówce. Mając placówkę na Księżycu, naukowcy mogliby analizować wodę i inne lotne próbki pochodzące z okresu powstania Układu Słonecznego .
Wykorzystując dane z wysokościomierza laserowego LOLA ( Lunar Orbiter Laser Altimeter ) na pokładzie księżycowego orbitera LRO z NASA, naukowcy byli w stanie stworzyć cyfrowy model szczegółów terenu Księżyca. Stworzona w ten sposób mapa topograficzna wskazuje, że w pobliżu Bieguna Południowego, na Grzbiecie Łączącym, który łączy krater Shackleton z kraterem De Gerlache , znajduje się miejsce, w którym Słońce jest widoczne przez 92,27 do 95,65% na wysokości od 2 m nad ziemią 10 m nad ziemią. ziemia. W tych samych lokalizacjach stwierdzono, że najdłuższe ciągłe okresy ciemności trwały tylko od 3 do 5 dni.
Biegun południowy Księżyca to miejsce, w którym naukowcy mogą dokonywać wyjątkowych obserwacji astronomicznych fal radiowych poniżej 30 MHz. Chińskie mikrosatelity Longjiang zostały wystrzelone w maju 2018 r. na orbitę Księżyca, a Longjiang-2 działa na tej częstotliwości do 31 lipca 2019 r. Przed Longjiang-2 żadne obserwatorium kosmiczne nie było w stanie wykorzystać astronomicznych fal radiowych na tej częstotliwości z powodu zakłóceń ze sprzętu naziemnego. Księżycowy biegun południowy ma góry i baseny, które nie są skierowane w stronę Ziemi i dlatego byłby idealnym miejscem do odbierania takich astronomicznych sygnałów radiowych z naziemnego obserwatorium radiowego.
Amerykańskiej agencji kosmicznej , NASA , odnowiona w 2019 roku pod przewodnictwem prezydenta Trump , projekt w celu zbadania księżyca przez astronautów że oznaczałoby pierwszy powrót człowieka na Księżyc od czasów programu Apollo (1962 -1974). Ostatecznym celem programu Artemis jest stworzenie stałych instalacji w pobliżu południowego bieguna Księżyca do skorzystania z wyjątkowych warunków oferowanych przez ten region. Wody uwięzione w kraterach wiecznie w cieniu musi umożliwiać wytwarzanie tlenu, rakieta paliwa i wody zużywanej przez załogi, podczas gdy niektóre miejsca korzystają ze stałego oświetlenia dostarczającego energię niezbędną do działalności człowieka. Oczekuje się, że (2020 r.) pierwsza misja załogowa, Artemis 3 , wyląduje w tym regionie około 2024 r. Do tego czasu za szczegółowe badanie regionu odpowiada kilka zautomatyzowanych statków kosmicznych. Najważniejszą misją jest misja łazika VIPER , której celem jest analiza struktury złóż lodu wodnego (rozkład osadów, struktura fizyczna lodu wodnego) w celu ustalenia, czy jego eksploatacja jest możliwa. Wodowanie i składowanie na powierzchni Księżyca powierza się prywatnym firmom w ramach CLPS .
Eksplorację regionu rozważają także firmy prywatne. Blue Origin planuje misję w rejonie Polaru Południowego około 2024 roku. Lądownik Blue Moon wywodzi się z technologii pionowego lądowania stosowanej w rakiecie suborbitalnej New Shepard firmy Blue Origin. Potencjalnie pozwoliłoby to lądowaniom na Księżycu utworzyć załogową bazę w kraterze w regionie bieguna południowego przy użyciu ich lądownika Blue Moon .