Блогът на Даниел Марин

Водната одисея на Луната не се повтаря толкова, колкото на водата на Марс, но почти. От време на време се появява изследване за присъствието на оксидан в нашия спътник и, както е нормално в тези времена, в които обхватът на вниманието е практически нулев, винаги има раздвижване. Естествено, ако искаме да разберем тази история, ни трябва малко контекст. Луната няма атмосфера, нито за разлика от Марс някога е имала такава, достойна за името. Това означава, че водата никога не е можела да тече по повърхността. Но също така е, че количеството вода, присъстващо в лунната почва, е практически нула, друга значителна разлика с червената планета. И така, откъде идва идеята, че нашият сух и безплоден сателит може да има вода?

история
Повърхностни ледени отлагания в лунния южен полюс (вляво) и северния полюс според данни от индийската сонда Chandrayaan 1 (NASA).

Още през 1961 г. някои астрономи предполагат, че водата може да се събира като лед в някои полярни кратери, чието дъно е винаги в сянка. Тъмнината в дъното на тези кратери е резултат от малкия наклон на оста на въртене на Луната, който е само 1,5º. Добре, но откъде ще дойде тази вода, ако Луната е по-суха от моджама? Е, от сблъсъка на комети и астероиди с високо летливо съдържание. Водата ще се сублимира при сблъсъка с Луната и ще се разпръсне по голяма част от повърхността в газообразна форма. С течение на времето тя ще изчезне, за да се загуби в космоса, но малко количество може да се натрупа в дъното на тези кратери, които никога не виждат слънчева светлина.

Изобразителна мозайка на южния полюс на Луната, видяна от сондата Клементин. Ценят се сенчестите зони (NASA/DoD).

За съжаление, въпреки многото космически мисии, стартирани през 60-те и 70-те години, едва през 90-те години успяхме да получим карта на лунния релеф, достатъчно подробна, за да оценим повърхността на полярните кратери, намерени в постоянна сянка, което днес знаем, че е около 13 000 квадратни километра. Трябваше да изчакаме до 1994 г. сондата Clementine - любопитен проект, в който НАСА и Министерството на отбраната си сътрудничиха - за първи път да може да снима досега хипотетичните региони на вечната сянка. Но едно е, че има кратери, където ледът може да се натрупва постоянно, а друго е, че всъщност го прави.

Сондата на Клементин (НАСА).

Лунна проспекторна сонда (НАСА). Данни на Лунния проспектор за концентрацията на водород в лунните полюси (НАСА).

Разликата е фундаментална, тъй като в първия случай говорим за ресурс, който би могъл да се използва за поддържане на лунна база. Водата може да се използва за генериране на кислород и водород чрез хидролиза, тоест за същата цена имаме гарантирано снабдяване с вода, кислород и гориво. Във втория случай обаче експлоатацията на лед би била много по-сложна с настоящите технологии и използването на технологиите ISRU (In-Situ Resource Utilization) не би било толкова привлекателно. Радарните проучвания, проведени с наземни обсерватории в началото на миналото десетилетие, благоприятстват последния вариант, но за пореден път те не са категорични. Необходими бяха повече данни. През 2005 г. администрацията на Буш-младши даде зелена светлина на Програмата за съзвездие с цел да постави човешко същество на Луната през 2020 г. Като предварителна стъпка трябваше веднъж завинаги да бъдат изяснени няколко лунни мистерии, включително спорния въпрос от полярен лед. Повече от всичко, защото Програмата на съзвездието предвиждаше инсталирането на лунна база близо до южния полюс, за да се възползва от предполагаемия лед. В резултат на това през 2009 г. НАСА разработи и пусна на пазара сонди LCROSS (Lunar CRater Observation and Sensing Satellite) и LRO (Lunar Reconnaisance Orbiter).

Сондите LRO (отгоре, сребро) и LCROSS (оранжево) преди изстрелването (NASA).

LCROSS нарочно се блъсна в лунния южен полюс, за да види дали етапът на Кентавър, който преди това се е разбил в района на кратера Кабеус, ще изстреля малко вода при удар. Резултатите бяха, за промяна, неубедителни. Изглеждаше, че има лед, но много малко. След множество анализи изследователите стигнаха до заключението, че реголитът на лунните полюси съдържа приблизително 5,6% лед. Малко по малко преобладаваше хипотезата, че лунният лед е бил смесен с реголита. Това беше лоша новина за лунна база, макар че нямаше голямо значение, защото Програмата за съзвездие ще бъде отменена през следващата година.

Преди и след въздействието на етапа на Кентавър върху южния полюс на Луната (НАСА). Лунният южен полюс и обитаема планета, видяна от японската сонда Кагуя. Може да се види кратер Шакълтън, на чийто ръб НАСА искаше да инсталира лунна база, като се възползва от леда на дъното си (NHK/JAXA).

От своя страна LRO започна да търси доказателства за неуловимия лунен лед, използвайки всички възможни ресурси. От една страна, лазерният алтиметър LOLA беше използван за проверка дали отражателната способност на земята на кратерите на полюсите е еднородна или не. От друга страна е използван радар. И в двата случая, познайте отговора, резултатите бяха объркващи. Руският инструмент LEND потвърди и усъвършенства данните от неутронния спектрометър Lunar Prospector, докато инструментът DIVINER показа, че температурата в дъното на полярните кратери се поддържа между -234 и -121 ° C, повече от достатъчно, за да позволи присъствието на лед непрекъснато. Но всъщност от 2007 г. вече беше известно, че кратерите в постоянна сянка нямат големи наноси чист лед на повърхността си благодарение на изображенията на японската сонда Кагуя.

Данни от руския невронен спектрометър LEND на борда на сондата LRO за присъствието на водород в лунния южен полюс (NASA/Роскосмос). Дъното на кратера Шакълтън на лунния южен полюс, потопено във вечна сянка, видяно от Кагуя с помощта на светлината, разпръсната от осветените области. Няма големи находища на чист лед (JAXA). Температури на кратерите на лунния южен полюс през деня и през нощта според LRO (NASA).

Така че в началото на това десетилетие беше ясно, че лунният лед е оскъден и най-вече смесен с реголит. Някои оптимисти все още вярваха, че на дънната повърхност на полярните кратери могат да съществуват малки залежи от чист лед, но това трябва да бъде доказано. И защо лунният лед е толкова неуловим? Главно защото наблюденията - във видимото, в ултравиолетовото, с помощта на лазерни висотомери или с неутронни спектрометри - не са в състояние ясно да различават присъствието на вода - тоест лед - от това на водородните и хидроксилните групи, смесени с реголита. Хидроксилните групи и водородът могат да идват от вода, да, но също така и от слънчевия вятър (съставен предимно от протони). В този момент е удобно да се отдели енигмата на леда на полюсите чрез откриване на водни молекули и хидроксилни радикали в други осветени части на Луната, тема, която също е направила новината в миналото. Тази "вода" произтича от взаимодействието на реголита със слънчевия вятър и въпреки че е много интересно явление, тя се намира в газообразна форма и в незначителни количества.

Нито трябва да се бъркаме с водата, намираща се в лунните скали. Всъщност сега знаем, че селенитовите скали съдържат до 0,05% вода. Без съмнение е много малко и не е използваемо, но тези следи от вода поставят под контрол традиционния модел на формиране на Луната. Според този модел Луната е родена от сблъсъка между протеарта и протопланета с размерите на Марс - или по-малка - наречена Тея. Но според най-простите версии на този модел Луната трябва да е напълно суха, което не е така, затова трябва да прегледаме процесите на формиране на нашия спътник (най-приетата хипотеза днес е, че сблъсъкът с Тея е имал място, но първо образува се структура от разтопен материал, наречена синестия). Във всеки случай тези други "води" нямат нищо общо с полярния лед.

Индийска сонда Chandrayaan 1 (ISRO).

Как да изчистите тази бъркотия веднъж завинаги? Е, решение е да се наблюдава в близката инфрачервена зона. При тези дължини на вълните спектралният подпис на водата е кристално чист. През 2008 г. индийската сонда Chandrayaan 1 пристигна на Луната, оборудвана с инфрачервения спектрометър M3 (Map Mineralogy Mapper), предоставен от НАСА, готов да разреши загадката завинаги. Инструментът открива вода, но за съжаление диапазонът на дължините на вълната, в който работи, не е достатъчно широк, за да разграничи недвусмислено водата от хидроксилните групи. И така останаха нещата до миналия 20 август, група изследователи публикуваха резултатите от нов анализ на данни от инструмента M3, направен преди почти десетилетие. Новостта е, че изследователите са успели да се възползват от непряката светлина, която пада върху сенчестите области на постоянните кратери, за да открият спектралния подпис на водата. По това време този анализ не може да бъде направен поради систематичния шум от наблюденията, но изследователите, водени от Шуай Ли, са разработили нова техника, която позволява да се получат жизнеспособни спектри.

Американски инструмент M3 на борда на Chandrayaan 1 (NASA).

Изводът е, че има лунни ледени отлагания в няколко постоянно засенчени кратери до максимум 20 ° от всеки лунен полюс. Хайде, нещо, което вече беше известно. Въпреки това, което много медии изтъкнаха, „новините“ са всичко друго, но не и нови. Както видяхме, от края на последното десетилетие със сигурност знаехме, че на Луната има вода. Или по-скоро лед в полярните кратери. Новостта е, че в този случай сме изправени пред категорично доказателство - спектърът на водата не лъже - че на повърхността на кратерите има чист лед. Очевидно и както сондата LRO и Kaguya вече показаха, размерът на находищата трябва да е много малък, но нещо е нещо. Колкото и малко да е, чистият повърхностен лед може лесно да се експлоатира от хората и машини за космическо изследване. Или това, което е същото, е разликата между изследването на Луната или невъзможността да го направите.

Депозити от чист лед от комбинираните данни от сондите Chandrayaan и LRO (Shua Li et al.).

Но остава въпросът колко лед има на Луната. Оценката от три милиарда тона контрастира с количеството лед, открито в полярните кратери на Меркурий, което се смята, че е хиляда пъти по-голямо (!). Да, както можете да чуете, най-близката до Слънцето планета има много повече лед на полюсите си - и черен лед, за да влоши нещата - повече от нашия спътник, въпреки факта, че повърхността в постоянна сянка е по-ниска (0,12% в Меркурий и 0,16% на Луната). По-голямата гравитация на Меркурий и интензивното взаимодействие със слънчевия вятър може да стоят зад тази разлика. Освен това се смята, че Луната е претърпяла промени в наклона на оста на въртене, които биха унищожили част от първоначалните си ледени отлагания. Интересното е, че планетата джудже Церера е третото тяло в Слънчевата система, в което със сигурност знаем, че в полярните кратери съществува лед.

Трайно засенчени кратери на северния полюс на Меркурий с ледени отлагания (Deutsch et al.).

В крайна сметка, да, на Луната има лед и да, част от него е в относително чисти натрупвания на повърхността. Сега остава да разберем за колко говорим и какво разбираме под „чисто“. Но няма съмнение, че възможността за използване на лунен лед за изследване на нашия спътник и останалата част от Слънчевата система днес е много по-солидна.