Вода на луне новейшие данные: Космический водопровод. Ученые выяснили, как на Луне появился лед

Содержание

Космический водопровод. Ученые выяснили, как на Луне появился лед

Исследователи из Чехии и США выдвинули оригинальную гипотезу происхождения льда на лунных полюсах. Они считают, что молекулы воды из атмосферы нашей планеты перелетели на Луну на хвосте магнитосферы Земли.

Признаки воды

На Луне есть водяной лед. Особенного его много на Южном полюсе. Поэтому именно там планируют в будущем разместить лунную базу.

Поверхностный лед на полюсах Луны: Южный полюс слева, Северный полюс справа

Даже после того как на Луне побывали первые астронавты и автоматические станции, ученые были уверены, что поверхность нашего спутника абсолютно сухая и вода там не может существовать ни в каком виде из-за экстремальных температур и суровых условий космической среды. Но в 1976-м в образцах лунного реголита, доставленных советским зондом «Луна-24», обнаружили около 0,1 процента воды. А в 1990-х американские аппараты Clementine и Lunar Prospector, выполнявшие дистанционные исследования поверхности Луны с помощью радио- и спектрометрических методов, выявили скопления водяного льда в постоянно затененных кратерах на полюсах.

В 2008-м Индийская организация космических исследований отправила к спутнику Земли орбитальный аппарат «Чандраян-1». На его борту были спектрометр М3 (Moon Mineralogy Mapper), способный определить молекулы воды по спектру их излучения, и радиочастотный радар Mini-SAR, умеющий отличить водяной лед от воды в виде гидроксильных групп в твердых минералах.

Аппарат «Чандраян-1»

Индийский зонд насчитал около Северного полюса Луны более 40 кратеров, которые, по оценкам ученых, содержат около 600 миллионов метрических тонн водяного льда. На Южном полюсе и того больше — там лед покрывает 22 процента поверхности. Сотни полярных кратеров находятся в постоянной тени из-за небольшого наклона оси Луны к Солнцу — полтора градуса (у Земли — 23,4). Солнце никогда не поднимается над их краями, а на дне сохраняется температура порядка минус 250 градусов Цельсия.

В 2020-м тот же «Чандраян-1» нашел скопления гематита (оксида железа, внешне похожего на ржавчину, который образуется только в присутствии кислорода и воды). Причем и за пределами ледяных скоплений на полюсах.

Составное изображение поверхности Луны, полученное с помощью спектрометра М3 космического зонда «Чандраян-1». Синий цвет показывает спектральную сигнатуру гидроксильной группы

Загадка происхождения

До недавнего времени считали, что воду на Луну еще на ранних этапах ее истории, примерно 3,5 миллиарда лет назад, в период так называемой поздней тяжелой бомбардировки занесли астероиды и кометы. В качестве альтернативы рассматривали солнечный ветер. Слагающие его частицы ионизированного водорода при взаимодействии с лунным грунтом теоретически могут образовывать воду. Компьютерные модели показывали, что до половины ее должно испаряться каждый месяц во время полнолуния, когда Луна проходит через хвост магнитосферы Земли. В это время магнитное поле блокирует солнечный ветер, и его частицы не достигают лунной поверхности.

Однако в прошлом году ученые проанализировали данные зонда «Чандраян-1» и установили, что после прохождения магнитосферного шлейфа объемы лунного льда не сокращаются — наоборот, увеличиваются. Предположили, что это из-за «земного ветра» — потока магнитосферных ионов кислорода и водорода, способных соединяться в молекулы воды.

В 2007-м японский искусственный спутник Луны «Кагуя» обнаружил, что кислород из верхних слоев атмосферы Земли может путешествовать «на хвосте магнитосферы», достигая Луны. По результатам магнитометрических наблюдений спутников проекта НАСА THEMIS-ARTEMIS исследователи раздельно оценили количество частиц солнечного и «земного» ветра. Оказалось, максимум земных частиц приходится именно на полнолуние.

Ученые объяснили это так: раз в месяц магнитосфера нашей планеты, экранируя поток солнечного ветра, создает «водяной мост», по которому ионизированные частицы, вырванные из озонового слоя земной атмосферы, перелетают на Луну. Ионы движутся вдоль линий магнитного поля, которые, огибая спутник, уходят дальше в межпланетное пространство. Как частицам удается вырваться из магнитных потоков и осесть на лунной поверхности, авторы исследования не выяснили.

Каждый месяц Луна проходит сквозь ионные потоки в «хвосте магнитосферы» Земли

Сквозь разрывы магнитных линий

Недавно геофизики из Карлова университета в Праге и Аляскинского университета в Фэрбенксе высказали такую гипотезу.

Наша планета движется по орбите в пузыре магнитного поля, который разрывается сзади, образуя шлейф. Через этот хвост раз в месяц, в полнолуние, проходит Луна. Силовые линии на переднем крае магнитосферы замкнуты, а в хвосте — разомкнуты и уходят в бесконечность. Но если на их пути возникает достаточно массивное тело (в данном случае — спутник Земли), они отклоняются, запутываются и частично снова замыкаются. При этом часть ионизированных частиц осаждается на поверхности этого тела.

Подсчитали, что за миллиарды лет полярные регионы Луны могли накопить до 3500 кубических километров водяного льда. Это сопоставимо с восьмым по величине в мире озером Гурон в Северной Америке. Причем при условии, что до Луны долетает лишь один процент ионов, покидающих Землю.

Ученые из Аризонского университета полагают, что благодаря магнитному полю вода не только попала на поверхность спутника, но и сохранилась до наших дней. Даже несмотря на разрушительное действие солнечного ветра, который, в отличие от света, легко проникает в затененные участки кратеров. Правда, в этом случае речь идет не о магнитосфере Земли, а о локальных магнитных аномалиях у некоторых крупных кратеров. Их выявил и нанес на карту зонд «Кагуя» в 2007-2009 годах. Исследователи думают, что остаточная намагниченность связана с богатым железом материалом астероидов, образовавших кратеры. И хотя эти магнитные поля в тысячи раз слабее земного, их вполне достаточно, чтобы отклонить от залежей льда потоки ионизированных частиц солнечной плазмы.

Кратер Шеклтон в районе Южного полюса Луны — один из тех, в которых обнаружили залежи водяного льда

По мнению авторов работы, водяной лед может находиться не только на дне лунных кратеров, но и слагать слой подповерхностной вечной мерзлоты в приполярных областях.

На это указывают результаты гравиметрических исследований. Ученые считают, что аномалии силы тяжести, обнаруженные орбитальным аппаратом НАСА Lunar Reconnaissance Orbiter, свидетельствуют о породах, насыщенных льдом.

В следующем году американское космическое агентство планирует отправить к Южному полюсу луноход VIPER (Volatiles Investigating Polar Exploration Rover). Ровер оборудуют метровым буром и приборами, которые смогут прямо на месте анализировать состав грунта.

3D-модель американского лунохода VIPER

Место для лунной станции

По итогам работы лунохода VIPER в НАСА окончательно определятся с местом для будущей станции, которая, в соответствии с программой «Артемида», должна появиться на Луне до конца десятилетия. Подобные планы есть и у России, и у Китая.

Все проекты ориентируются на Южный полюс, хотя летать на орбитальную станцию и обратно проще из экваториальной зоны. Но именно в южной полярной области сосредоточены залежи льда, необходимого для получения воды, кислорода для дыхания и водорода для ракетного топлива.

Кроме того, здесь находятся так называемые пики вечного света — вершины, постоянно освещенные Солнцем, на которых можно поставить солнечные батареи.

Наиболее вероятным местом для строительства станции считают кратер Шеклтон диаметром 21 километр практически на самом Южном полюсе. Вблизи есть сразу несколько потенциальных посадочных площадок.

Художественное представление лунной базы на склоне кратера Шеклтон

08:00 22.05.2022 (обновлено: 08:12 22.05.2022)

Купание в Море Ясности: на Луне оказалось больше воды, чем думали

В недавно опубликованной статье американских астрономов сообщается о наличии на Луне воды, причем не только в затененных приполярных кратерах, как думали раньше, но и в других районах нашего спутника. Означает ли это, что лунные города стали ближе к реальности?

На поверхности Луны есть вода, причем не только в постоянно затененных приполярных кратерах, но и в нормально освещенных Солнцем регионах. Она сохраняется там, несмотря на отсутствие атмосферы и дневные температуры до +127^оC. Впервые ученые могут заявить об этом с уверенностью: сообщение об открытии опубликовано в авторитетном научном журнале Nature Astronomy.

Кругом вода

Вообще-то вода, с наличием которой связывают перспективы колонизации человечеством небесных тел, а также вероятность найти там жизнь, — вещество, весьма распространенное в Солнечной системе (и, видимо, во Вселенной в целом). Некоторые спутники планет (например, Энцелад и Европа) закованы в сплошной ледяной щит, под которым скрывается жидкий океан. Так что в самом факте обнаружения воды на другом небесном теле нет ничего удивительного.

Однако Луна — совсем другое дело: она куда ближе к Солнцу, чем спутники Юпитера или Сатурна. При этом день на Луне длится около двух недель (и столько же ночь). За это время поверхность безатмосферного небесного тела прогревается до +127 °C.

В XX веке многие эксперты считали, что воды на нашем спутнике нет, — или есть, но исчезающе мало. Пробы грунта, доставленные на Землю советскими аппаратами и американскими астронавтами, подтверждали это мнение. Вода в них обнаруживалась в количестве сотен грамм на тонну, и у специалистов не было уверенности, что это не земная влага, случайно попавшая в образцы.

Настоящий сюрприз Селена преподнесла астрономам в XXI веке. В 2009 году были опубликованы интригующие результаты, полученные с помощью сразу трех космических аппаратов. По данным наблюдений в инфракрасных лучах получалось, что на Луне присутствует вода или другое соединение, содержащие пару «кислород + водород» (OH). Особенно обильные запасы этого вещества нашлись в полярных регионах.

«Вода в космосе — это новая нефть». Что Джефф Безос ищет на Луне

В 2018 году новые наблюдения подтвердили: в полярных широтах Луны есть лед. Ученые тогда поясняли: речь идет о глубоких кратерах, расположенных почти на полюсе. В них никогда не проникает солнечный свет, поэтому лед не испаряется. Залежи льда практически под ногами — это очень удобно, если человечество собирается основать постоянную базу на нашем естественном спутнике. Поэтому программа возвращения человека на Луну «Артемида» предусматривает высадку в 2024 году именно в районе южного полюса. А что же с похожим на воду соединением в более низких широтах? Ученые подозревали, что и это вода, но решающих доказательств не было.

В космос на боинге

Доказательства появились благодаря инфракрасному телескопу SOFIA. Создатели этого работающего с 2010 года инструмента приняли необычное решение: смонтировать его на борту самолета Boeing 747SP. Дело в том, что наблюдениям в инфракрасных лучах очень мешает водяной пар, содержащийся в атмосфере Земли. С точки зрения астронома лучшее решение — вывести аппарат в космос. Но вот экономисты считают иначе. Например, создание и запуск орбитальной инфракрасной обсерватории Spitzer обошлись в $776 млн.

В связи с этим создатели SOFIA приняли промежуточное решение: лететь не в космос, а в небо. На высоте 11–14 км более 99% водяного пара остается внизу и уже не мешает наблюдениям. А денег требуется куда меньше: изначально бюджет миссии составлял лишь $185 млн. Правда, потом он вырос до $330 млн, в основном из-за повысившихся требований к безопасности полетов. И все же телескоп обошелся дешевле, чем если бы пришлось запускать его в космос.

Долгожданная неожиданность

Именно этот экзотический инструмент астрономы навели на Луну, чтобы проверить, есть ли вода в прогретом солнечными лучами лунном грунте. К слову, телескоп никогда не предназначался для наблюдений таких ярких объектов, так что ученым пришлось проявить изобретательность.

«SOFIA впервые наблюдала Луну, и мы даже не были полностью уверены, что получим надежные данные. Но вопрос о лунной воде заставил нас попытаться», — говорит сотрудник проекта Насим Рангвала.

SOFIA — это модифицированный самолет Boeing 747SP.·Фото Jim Ross·NASA

Усилия астрономов увенчались успехом. Они обнаружили излучение, которое могло быть испущено только молекулами воды и ничем иным. И источником его был огромный кратер Клавий, прекрасно освещаемый Солнцем. Его широта менее 58^о, что отнюдь не полюс (широта Москвы на Земле — 56^о). Правда, воды в Клавии нашлось не так уж и много: 100–400 граммов на тонну грунта. Даже в Сахаре влаги в сотни раз больше. Но для Луны и такое количество воды удивительно. У ученых есть несколько предположений, откуда она берется и как сохраняется под солнечными лучами, но пока они не готовы вынести окончательный вердикт. «Невероятно, но это открытие стало, по сути, результатом испытаний, — отмечает эксперт. — И теперь, когда мы знаем, что можем это сделать, мы планируем больше полетов, чтобы провести больше наблюдений».

Готовить ли акваланги?

США всерьез готовятся к возвращению на Луну. На программу «Артемида» в 2021–2025 годах планируется потратить почти $28 млрд. На эти деньги предполагается дважды облететь Луну (сначала без экипажа, потом с экипажем), соорудить окололунную орбитальную станцию и, наконец, совершить посадку. В более отдаленной перспективе возможно строительство базы на поверхности Луны.

Как и зачем люди будут строить базы на Луне

Что в этих планах может изменить новое открытие? Вероятно, практически ничего. Переработать тонну грунта, чтобы добыть пару стаканов воды — странная идея. По Морю Ясности или Океану Бурь по-прежнему не прокатиться на круизном лайнере. Лучшим местом для лунных баз, если они понадобятся человечеству, остаются полярные регионы с их запасами льда. Тем не менее обнаружение воды на, казалось бы, безнадежно сухой Луне — блестящее научное достижение. Оно помогает нам лучше понять, что происходит на нашей ближайшей соседке по Вселенной.

Космические деньги: почему бизнесмены инвестируют в безвоздушное пространство

8 фото

Вода на Луне | Внутри и снаружи — Луна: NASA Science

Введение

Что такое большое, покрытое водой, но в 100 раз более сухое, чем пустыня Сахара? Это не загадка, это Луна! На протяжении веков астрономы спорили, существует ли вода на ближайшем соседе Земли. В 2020 году данные миссии НАСА SOFIA подтвердили, что вода существует в освещенной солнцем области лунной поверхности в виде молекул H ₂ O, встроенных в зерна лунной пыли или, возможно, прилипших к их поверхности. Вот краткая история открытий, приведших к подтверждению наличия воды на Луне.

Мария на Луне

Мария на Луне (1645)

Когда первые астрономы смотрели на Луну, их поражали большие темные пятна на ее поверхности. В 1645 году голландский астроном Михаэль ван Лангрен опубликовал первую известную карту Луны, назвав темные пятна «мариями» — латинское слово, обозначающее «моря», — и зафиксировал широко распространенное мнение о том, что эти отметки были океанами на Луне. лунная поверхность. Подобные карты Иоганна Гевелия (1647 г.), Джованни Риччоли и Франческо Гримальди (1651 г.) были опубликованы в течение следующих нескольких лет. Теперь мы знаем, что эти пятна представляют собой базальтовые равнины, образовавшиеся в результате ранних извержений вулканов, но номенклатура «мария» (во множественном числе) или «море» (в единственном числе) остается.

Карта Луны с морями, изображенными в виде океанов, опубликованная астрономом Майклом Ван Лангреном в 1645 году.

Кредит: Creative Commons

Абсолютно сухая Луна

Абсолютно сухая Луна (1892 г.)

Американский астроном Уильям Пикеринг провел измерения в конце 1800-х годов, которые привели его к выводу, что Луна практически не имеет атмосферы. При отсутствии облаков и атмосферы ученые в целом согласились, что любая вода на лунной поверхности немедленно испарится. Измерения Пикеринга привели к широко распространенному мнению, что Луна лишена воды.

Открытая страница книги астронома Уильяма Пикеринга «Луна: обзор нашего спутника с полным фотографическим атласом». Наблюдения Пикеринга за Луной привели к убеждению, что при таком низком атмосферном давлении любой лед на поверхности Луны почти мгновенно сублимируется. Кредит: Интернет-архив/Knopf Doubleday (Это изображение является общественным достоянием)

Идеи о воде

Идеи о воде (1960-е годы)

По мере того, как ученые продвигались вперед в понимании поведения веществ, склонных к испарению при относительно низких температурах, называемых летучими, физик-теоретик Кеннет Уотсон опубликовал статью в 1919 году. 61, описывающий, как такое вещество, как вода, могло существовать на Луне. Статья Уотсона впервые популяризировала идею о том, что водяной лед может прилипать ко дну кратеров на Луне, которые никогда не получают солнечный свет, в то время как освещенные солнцем области на Луне будут настолько горячими, что вода испарится почти мгновенно. Эти лишенные света области Луны называются «постоянно затененными областями».

Кратер Шеклтона на южном полюсе Луны в постоянно затененной области Луны. Авторы и права: НАСА

Посадки Аполлона

Посадки Аполлона (1969 – 1972) Астронавт Аполлона-17 Юджин Сернан управляет лунным вездеходом. Авторы и права: НАСА

Эпоха Аполлона впервые привела людей на лунную поверхность, что дало исследователям возможность напрямую искать признаки воды на Луне. При тестировании образцы почвы, доставленные астронавтами Аполлона, не обнаружили никаких признаков воды. Ученые пришли к выводу, что лунная поверхность должна быть полностью сухой, а перспектива появления воды всерьез не рассматривалась в течение десятилетий.

Астронавт Аполлона-15 Джим Ирвин использует совок для сбора образцов грунта с поверхности Луны. Авторы и права: НАСА

Возможная ледяная вода в затененных кратерах

Возможная замерзшая вода в затененных кратерах (1994, 1998)

Миссия НАСА «Клементина», запущенная в 1994 году, облетела Луну в течение двух месяцев и собирала информацию о ее минералах. Данные Clementine показали, что в постоянно затененной области Луны есть лед. Миссия Lunar Prospector сосредоточилась на постоянно затененных кратерах, чтобы глубже изучить открытие и в 1998 обнаружили, что самые большие концентрации водорода существуют в областях лунной поверхности, которые никогда не подвергаются воздействию солнечного света. Результаты показали водяной лед на лунных полюсах. Тем не менее, изображения были низкого разрешения, поэтому нельзя было сделать однозначных выводов.

Мозаичное изображение южного полюса Луны, полученное космическим кораблем НАСА «Клементина».

Авторы и права: NASA/JPL/USGS

Повторное посещение образцов Аполлона

Повторное посещение образцов Аполлона (2008)

Астронавт Аполлона-17 Юджин Сернан готовится к сбору образцов. Кредит: НАСА

г. Используя основные технологические достижения со времен «Аполлона», исследователи из Университета Брауна повторно посетили образцы «Аполлона». Они обнаружили водород внутри крошечных шариков вулканического стекла. Поскольку сегодня на Луне не извергаются вулканы, открытие представило доказательства того, что вода существовала на Луне, когда вулканы извергались в древнем прошлом Луны. Кроме того, сохранившийся водород дал ключ к разгадке происхождения лунной воды: если она образовалась в результате извержения вулканов, она должна была появиться изнутри Луны. Открытие показало, что вода была частью Луны с момента ее раннего существования и, возможно, с момента ее образования.

Стеклянные бусины, образовавшиеся в результате древних извержений вулканов на Луне и собранные астронавтами Аполлона.

Авторы и права: НАСА

Signs of Hydration

Signs of Hydration (2009)

Chandrayaan, Cassini, Deep Impact

Группа космических аппаратов позволила совершить захватывающие открытия в 2009 году. Ни один из них не был предназначен для поиска воды на Луне, однако Chandrayaan- 1 и миссии NASA Cassini и Deep Impact обнаружили признаки гидратированных минералов в виде молекул кислорода и водорода в освещенных солнцем областях Луны. Исследователи не могли определить, наблюдали ли они гидратацию за счет гидроксила (ОН) или воды (H ₂ О). Они также обсуждали, зависит ли количество гидратации от времени суток.

Художественное изображение космического корабля НАСА «Кассини». Авторы и права: NASA/JPL-Caltech

Наблюдения за лунным мусором

Наблюдения за лунным мусором раскрывают больше (2009 – 2019)

Художественная визуализация спутника LCROSS.

Авторы и права: НАСА/Лаборатория реактивного движения

Спутник для наблюдения и зондирования лунных кратеров (LCROSS) и лунный разведывательный орбитальный аппарат (LRO) запущены вместе в 2009 г.. Позже в том же году LCROSS намеренно выпустил снаряд в воронку, которая, как считается, содержала водяной лед, и пролетел через обломки от удара снаряда. Четыре минуты спустя сам LCROSS намеренно столкнулся с Луной, пока LRO наблюдал. Комбинированные наблюдения показали наличие в выброшенном материале зерен водяного льда. Выводы LRO и LCROSS добавили к растущему количеству свидетельств того, что вода существует на Луне в виде льда в постоянно затененных областях. LRO продолжает вращаться вокруг Луны и предоставляет данные, используемые для описания и картирования лунных ресурсов, включая водород.

Области южного полюса Луны с возможными отложениями водяного льда показаны синим цветом. Карта основана на данных, полученных Лунным разведывательным орбитальным аппаратом НАСА. Авторы и права: НАСА

Подтверждение наличия лунной воды – Затененные регионы (2018)

Подтверждение наличия лунной воды и затененных областей

Данные лунного минералогического картографа (M3), установленного на борту ISRO Chandrayaan-1, предоставили ученым первую карту минералов, составляющих лунную поверхность, с высоким разрешением. Прибор NASA был запущен на борту индийской миссии Chandrayaan-1 в 2009 году.. Анализ полного набора данных с M3, объявленного в 2018 году, выявил несколько подтвержденных местонахождений водяного льда в постоянно затененных областях Луны.

Составное изображение с использованием данных Moon Mineralogy Mapper НАСА. Синим цветом показаны области подтвержденного водяного льда на лунной поверхности. Кредит: ISRO/NASA/JPL-Caltech/Brown University/USGS

Подтверждение лунной воды — освещенной солнцем поверхности

Подтверждение лунной воды — освещенной солнцем поверхности (2020 г.)

В 2020 году НАСА объявило об открытии воды на освещенной солнцем поверхности Луны. Данные Стратегической обсерватории инфракрасной астрономии (SOFIA) показали, что в кратере Клавиус вода существует в концентрациях, примерно эквивалентных бутылке воды на 12 унций в кубическом метре почвы на поверхности Луны. Открытие показало, что вода может распределяться по лунной поверхности даже на освещенных солнцем участках, а не ограничиваться холодными и темными областями.

Иллюстрация H ₂ молекул O на лунной поверхности. SOFIA НАСА подтвердила наличие воды на освещенной солнцем поверхности Луны в 2020 году. Авторы и права: НАСА

Первая подробная карта воды на Луне

Первая подробная обширная карта воды на Луне (2023 г.)

поверхность. Карта, составленная с использованием данных SOFIA, простирается до Южного полюса Луны — предполагаемой области исследований для миссий НАСА «Артемида», включая марсоход для поиска воды VIPER.

В верхней левой части исследуемой области темно-синим цветом виден гребень, где вода особенно сконцентрирована на теневой стороне крутого лунного образования. На полпути вниз по левой стороне региона находится кратер Моретус. Внутренняя стенка верхней половины кратера четко очерчена темно-синим цветом, что указывает на большее присутствие воды на этой тенистой поверхности. Хотя правая часть региона в целом более сухая, вода все еще видна внутри кратеров голубым цветом.

Авторы и права: Студия научной визуализации Центра космических полетов имени Годдарда НАСА/Эрни Райт

Что еще предстоит открыть

Исследователи подтвердили, что вода существует как на освещенной солнцем, так и на затененной поверхности Луны, однако остается много вопросов. Лунные ученые продолжают исследовать происхождение воды и ее поведение. Есть свидетельства того, что вода на Луне образуется в результате столкновений древних и нынешних комет, ледяных микрометеоритов, сталкивающихся с лунной поверхностью, и взаимодействия лунной пыли с солнечным ветром. Однако необходимы дополнительные исследования, чтобы понять всю историю, настоящее и будущее воды на Луне.

Автор: Эллисон Гаспарини и Молли Вассер

Научные консультанты: Кейси Хоннибалл, Тим Ливенгуд

Глубокое исследование

Вода, выпущенная с Луны (видео)
В 2019 году ученые обнаружили, что во время метеоритных дождей с Луны выделяется вода.
Как ингредиенты для воды могут быть сделаны на поверхности Луны
Вода на Луне могла появиться из неожиданного источника — нашего Солнца.
SOFIA обнаружила воду на освещенной солнцем поверхности Луны
В 2020 году ученые НАСА подтвердили наличие H ₂ O на Луне.

Ваш путеводитель по воде на Луне

Факты, которыми стоит поделиться
Полюса Луны постоянно затенены областями, которые никогда не получать солнечный свет, когда космический корабль обнаружил большое количество воды лед.
901:45 Будущие астронавты смогут использовать лед в качестве воздуха, воды и топлива.
Начиная с таких миссий, как VIPER, НАСА приступает к устойчивой программе исследования лунных полюсов, что является частью глобального интереса к указанным регионам.

Когда на Луне обнаружили воду?

Ученые давно подозревали, что на Луне может существовать вода, но точно, сколько их было и где оно находилось, было источником много споров. В статье 1967 года лунный ученый Гарольд Юри высмеивал своих коллег. за веру в то, что лунные русла, похожие на реки, были вызваны чем-то кроме воды, такие как «лава, пылевой газ или, возможно, даже водка».

Окончательное открытие лунной воды произошло в 2008 году, когда индийский Космическое агентство ISRO вывело на лунную орбиту космический корабль «Чандраян-1». Чандраян-1 нес с собой предоставленный НАСА научный прибор под названием Лунный минералогический картограф — сокращенно М3, — который наблюдал, как поверхность поглощенный инфракрасный свет. Используя эти данные, M3 определил, что ранее предполагаемые молекулы воды были льдом внутри полярных кратеров Луны.

Год спустя, в 2009 году, НАСА запустило лунный разведывательный орбитальный аппарат (LRO). и датчик удара под названием LCROSS. Разгонный блок от используемой ракеты для запуска LRO, а LCROSS был преднамеренно разбит в темный кратер на южный полюс Луны. LCROSS пролетел сквозь шлейф обломков и обнаружил 155 кг воды, прежде чем она тоже врезалась в Луну.

С тех пор многие другие миссии на Луну видели намеки на воду в разных формах и в разных регионах. Хотя эти открытия являются жизненно важными дополнительными шагами в научном процесса, они иногда чрезмерно раздуваются средствами массовой информации.

В 2020 году НАСА и летающий телескоп SOFIA немецкого космического агентства наблюдали Луну в инфракрасном диапазоне и подтвердили присутствие воды в неполярных регионах.

Как вода может существовать на Луне?

Существование лунной воды может показаться странным, учитывая Луну не имеет атмосферы, и его поверхность подвергается воздействию космического вакуума. Дневные температуры достигают 120 градусов по Цельсию (248 градусов по Фаренгейту). Любая поверхностная вода в освещенных солнцем регионах испаряется, а затем уплывает.

Земля наклонена на 23 градуса относительно плоскости, в которой движутся планеты вокруг Солнца. Этот наклон изменяет количество солнечного света на нашей планете. северное и южное полушария получают каждый год, создавая наши времена года. Он также погружает северный и южный полюса в периоды постоянная темнота и постоянный солнечный свет.

Наша Луна, однако, имеет меньший наклон. На полюсах парит Солнце близко к горизонту. Большие кратеры с уступчатыми краями блокируют солнечный свет от когда-либо достижения внутрь. Эти области называются постоянно затененными. регионов или ПСР. Известно, что PSR существуют на других безвоздушных объектах с низкой гравитацией. миры, такие как Меркурий и Церера.

Температура внутри PSR Луны может упасть до -250 градусов по Цельсию (-418 градусов по Фаренгейту). Это холоднее Плутона! Полюса Луны иметь сотни PSR где космический аппарат обнаружил значительное количество водяного льда. Это легко увидеть почему вода остается там, но откуда она взялась в первую место?

Кратер Эрлангер Это изображение кратера Эрлангер около северного полюса Луны было получено Лунным разведывательным орбитальным аппаратом НАСА. Только верхние края кратера, ширина которого составляет около 10 километров, когда-либо получают солнечный свет.

Изображение: НАСА/GSFC/Университет штата Аризона

Откуда взялась вода в постоянно затененных лунных кратерах?

Водоносные кометы и астероиды несколько раз бомбардировали нашу внутреннюю Солнечную систему история. Некоторые из этих маленьких миров врезались в раннюю Землю и Луна, откладывающая воду. Часть воды на Луне также могла попасть с Земли если наша теория о том, что Луна была создана, когда большой объект разбился в Землю действительно правильно. В то время как большая часть воды Луны испарилась в космос, часть его попала в PSR, где была сохраняться миллиарды лет.

В неполярных регионах Луны солнечный ветер, точнее, протоны, испускаемые Солнцем, постоянно бомбардируют поверхность. Что-нибудь из этого протоны взаимодействуют с молекулами кислорода в лунном грунте с образованием вода. Однако эта вода совсем не похожа на ту, которую можно пить: она в таких малых количествах, что лунный грунт все равно в сотни раз суше, чем земные пустыни.

Сколько воды на Луне?

Судя по дистанционным наблюдениям с помощью радиолокационных приборов на борту «Чандраян-1» и LRO, лунные полюса содержат более 600 миллиардов килограммов водяного льда. Этого достаточно, чтобы заполнить как минимум 240 000 олимпийских бассейнов. Это заниженная оценка, поскольку количество обнаруженной воды ограничивается мощностью радара космического корабля. Новые миссии с радарами те, кто проникает глубже, скорее всего, найдут больше водяного льда.

В 2020 году исследователи, используя данные LRO, выявили PSR внутри кратеров размером менее километра. Эти микрохолодные ловушки увеличивают ожидаемое количество водяного льда на Луне как минимум на 10–20 процентов.

Где находится лед на поверхности Луны На этом изображении показано расположение водяного льда на южном полюсе Луны (слева) и северном полюсе (справа) по данным прибора НАСА М3 на борту индийского космического корабля Чандраян-1. Лед лежит в постоянно затененных областях. Изображение: НАСА

Зачем нам вода на Луне?

Большое количество водяного льда на Луне привлекло внимание космических агентств и частных компаний по всему миру. Они предполагают добычу водяного льда для производства воздуха, питьевой воды и топлива, удовлетворяя потребности лунных мест обитания и даже всей лунной промышленности в будущем.

Для ученых водяной лед и другие химические вещества в PSR представляют собой нетронутые записи кометных и астероидных бомбардировок с первых дней существования Солнечной системы. Изучая воду, мы можем узнать больше о происхождении Земли и Луны и, соответственно, о том, как возникла жизнь на Земле. Понимая высокую ценность этих PSR, НАСА определило их как уязвимые места, подлежащие строгой защите от загрязнения.

Как мы можем напрямую исследовать водяной лед Луны?

Изучить PSR своими руками — непростая задача. Первым препятствием является развитие способности точно приземляться. В то время как районы вблизи экватора Луны имеют большие пространства плоской местности, полярные регионы часто бывают скалистыми и наклонными.

Лунные полюса также требуют космических кораблей, способных выдерживать очень низкие температуры. В то время как PSR очень холодные, их залитые солнцем края кратеров не получают много прямого солнечного света, поэтому они охлаждаются в среднем до -50 градусов по Цельсию (-58 градусов по Фаренгейту).

Еще одна проблема связана с питанием и связью. Ровер, отправляющийся в PSR, потеряет прямую видимость с Землей, отключив связь, а отсутствие солнечного света означает, что ему придется упаковывать мощные батареи или полагаться на ядерную энергию.

Этот контент размещается третьей стороной (vimeo.com), которая использует маркетинговые файлы cookie. Пожалуйста, примите маркетинговые файлы cookie, чтобы посмотреть это видео.

Свет и тень на Южном полюсе Луны На северном и южном полюсах Луны есть высокие точки, которые почти всегда освещены солнечным светом, и низкие точки, которые постоянно темные. Эта визуализация НАСА начинается со стороны Луны, которую мы видим с Земли, — с отмеченными местами посадки Аполлона — и движется вниз к южному полюсу, где замедленная съемка показывает изменение условий освещения в течение всего года. Большой кратер в центре, кратер Шеклтона, находится в постоянной темноте, но его приподнятые края почти постоянно освещены. Районы с сильным солнечным светом являются хорошими местами для обитания человека, потому что они остаются теплыми и могут получать почти непрерывную энергию от солнечных батарей, в то время как близлежащие постоянно темные районы содержат водяной лед, который можно добывать для воздуха, воды и ракетного топлива. Видео: Студия научной визуализации НАСА

Как будущие миссии будут изучать воду на Луне?

Космические полеты в последнее десятилетие получили больше информации о PSR, поэтому их можно исследовать с помощью посадочных модулей и вездеходов. Ученые, используя данные LRO и японский орбитальный аппарат Kayuga определили благоприятные места для посадки для будущих миссий. Данные LRO также использовались для создания обширного атласа PSR, который включает в себя карты высот и склонов с высоким разрешением и даже изображения, основанные на тусклом свете, отражающемся от верхних стенок лунных кратеров.

Орбитальный аппарат ISRO Чандраян-2, запущенный в 2019 году, использует свой усовершенствованный радар для картографирования водяного льда в больших глубинах и определить их количество. Этим усилиям будет способствовать орбитальный аппарат NASA Lunar Trailblazer, который будет запущен в 2023 году, а также инструмент агентства ShadowCam на борту первого южнокорейского лунного орбитального аппарата. запущен в 2022 году. Китайская миссия «Чанъэ-6» может доставить образцы из Южный полюс Луны возвращается к Земле. Эти образцы позволили бы нам точно датировать различные химические вещества во льду, отслеживая их происхождение история, чтобы раскрыть фундаментальные тайны Солнечной системы.

НАСА VIPER Миссия, запуск которой запланирован на 2024 год, будет въезжать в PSR, чтобы сделать карты водяного льда и других химических веществ с высоким разрешением, а также пробурить лед, чтобы разгадать то, что скрыто в его первозданных глубинах.

Находки VIPER подготовят почву для программы NASA Artemis, который предполагает возможное долгосрочное присутствие человека на Луне поверхность. В рамках определенных научных приоритетов для Artemis III, первой посадки Artemis с экипажем, НАСА намерено криогенно отобрать образцы и доставить драгоценные летучие вещества из PSR на Землю для тщательных исследований. Лунные полюса также имеют центральное значение для людей и роботов. разведочные планы коммерческих компаний и многих других стран, включая Китай, Индию, Японию, Европу и Россию.

PSR дополняют длинный список причин исследовать нашу Луну. Образцы из PSR и лунных полюсов будут изучаться лабораториями по всему миру, чтобы точно определить возраст летучих веществ и материалов внутри, проследить их происхождение и раскрыть фундаментальные тайны Солнечной системы.

Луноход VIPER Художественная концепция летучего марсохода НАСА, исследующего полярные зоны, или VIPER. VIPER — это мобильный робот, который будет бродить вокруг южного полюса Луны в поисках водяного льда. Изображение: NASA Ames / Daniel Rutter

Дополнительные ресурсы

Исследуйте PSR в LROC Quickmap
Атлас PSR
Наклоны, высоты, температуры, солнечное освещение и карты связи южного полюса
Южный полюс Луны в NASA’s1 Scientific Visualization Studio

Благодарности : Эта страница создана и поддерживается Джатаном Мехтой.