Новое исследование сужает круг поиска воды на Луне

Фото из открытых источников

Когда индийский орбитальный аппарат «Чандраян-1» выпустил зонд Moon Impact Probe (MIP) в кратер Шеклтон на Луне, это подтвердило предположения ученых, которые строились десятилетиями. Луна, безвоздушное и обезвоженное в вакууме тело, имеет обильные источники водяного льда вокруг своих полюсов! Расположенные в многочисленных кратерах, усеивающих этот регион, эти постоянно затененные области препятствуют воздействию солнечного света на эту воду, что привело бы к ее сублимации и потере в космос.

Вопрос о том, как и когда Луна получила воду, долгое время был предметом многочисленных дискуссий. До недавнего времени ученые в целом придерживались мнения, что вода была отложена астероидами и кометами в период поздней интенсивной бомбардировки (примерно от 4,1 до 3,8 миллиардов лет назад). Однако современные исследования показывают, что эта вода могла откладываться медленно с течением времени. К таким исследованиям относится недавняя работа ученых из Лаборатории атмосферной и космической физики (LASP) и Института планетологии (PSI), в которой установлено, что вода на Луне накапливалась на протяжении миллиардов лет.

Исследование возглавил Одед Ахаронсон, профессор наук о Земле и планетах в Институте науки Вейцмана, а также научный сотрудник LASP и PSI. К нему присоединились Пол О. Хейн и Норберт Шёргофер, планетолог из LASP и профессор астрофизики в Университете Колорадо в Боулдере, а также старший научный сотрудник PSI, соответственно. Результаты их исследования были недавно опубликованы в журнале Nature Astronomy.

Наличие ледяной воды на Луне — это не только золотая жила для планетологов, но и жизненно важный фактор для создания лунных баз в бассейне Южного полюса-Эйткена. В последние годы НАСА, ЕКА, Китай и Россия объявили о планах строительства жилых модулей вблизи месторождений с плазменной стабилизацией (PSR) для обеспечения доступа к этим запасам. Помимо обеспечения питьевой водой и орошения сельскохозяйственных культур, вода может быть химически диссоциирована для получения жидкого водорода (LH₂) и кислорода (LOX) в качестве топлива.

Свидетельства наличия воды на Луне восходят к миссиям «Аполлон», в ходе которых были доставлены образцы горных пород, содержащие следы воды. В то время это было списано на загрязнение, но последующие исследования подтвердили эти первоначальные данные. Однако эта вода образуется в результате взаимодействия частиц солнечного ветра (включая протоны) с элементарным кислородом в лунном реголите. В последние годы многочисленные миссии, включая лунный разведывательный орбитальный аппарат НАСА (LRO), обнаружили свидетельства наличия большого количества водяного льда в «холодных поглотителях» полярных реголитов вокруг полюсов.

Отвечая на вопрос о том, как вода там оказалась, Ахаронсон, Хейн и Шёргофер использовали данные о температуре лунной поверхности, полученные с помощью лунного радиометра Diviner Lunar Radiometer Experiment (DLRE) в рамках проекта LRO, а также серию компьютерных симуляций для оценки эволюции кратеров на лунной поверхности. «Обнаружение воды за пределами Земли в жидком и пригодном для использования виде — одна из важнейших задач в астрономии», — сказал Ахаронсон.

В результате этих симуляций был составлен список самых темных кратеров Луны, которые дольше всего оставались в тени, и выявлена очень интересная закономерность. Согласно данным LAMP, в самых старых и темных кратерах Луны также обнаружены самые значительные признаки льда. Кратер Хоторн, расположенный недалеко от Южного полюса Луны, вероятно, находился в тени более 3 миллиардов лет, что делает его одним из главных кандидатов для будущих исследований. 

«Похоже, что в самых старых кратерах Луны также находится наибольшее количество льда. Это означает, что Луна накапливала воду более или менее непрерывно на протяжении 3 или 3,5 миллиардов лет. Ясно одно: лед распределен неравномерно. Он не сконцентрирован в одинаковых количествах в каждом кратере. И этому не было убедительного объяснения», - сказал Хейн.

Что касается происхождения воды, их исследование выявило несколько возможных источников, включая вулканическую активность в далеком прошлом, которая могла перенести воду из недр Луны на поверхность. Другие вероятные источники включали кометы и астероиды, а также солнечный ветер. Хотя результаты исследования не позволяют точно определить источник этой воды, им удалось исключить возможность того, что она поступила в результате одной крупной поставки в далеком прошлом.

Тем не менее, их выводы указывают на то, что залежи водяного льда, наблюдаемые в полярных регионах Луны, накапливались в кратерах в течение миллиардов лет. Они также отмечают, что ориентация Луны (ее наклон относительно Земли) менялась с течением времени, а это значит, что кратеры, находящиеся сейчас в тени, возможно, не всегда были в таком положении. «В конечном итоге, вопрос об источнике лунной воды будет решен только с помощью анализа образцов», — сказал Хейн. «Нам нужно будет отправиться на Луну, чтобы проанализировать эти образцы там, или найти способы доставить их с Луны на Землю».

Это может быть роботизированная миссия по доставке образцов на Землю для исследования Хоторна или других космодромов, либо пилотируемая миссия. Последняя, вероятно, станет одной из главных целей астронавтов программы «Артемида» или тайконавтов, которых Китай надеется высадить на Луну, начиная с 2030 года. Тем временем исследователям необходимо собрать более подробные данные, и группа Хейна в Университете Колорадо в Боулдере разрабатывает для этой цели новый прибор. Он называется Lunar Compact Infrared Imaging System (L-CIRiS), и НАСА планирует развернуть его вблизи Южного полюса Луны в конце 2027 года.