В поисках лунного льда: Россия, США и Индия в гонке за водой
Строительство первых обитаемых баз на Луне может показаться фантастикой, но, на самом деле, подготовка к этому идет полным ходом. Об этом свидетельствуют участившиеся в последнее время полеты автоматических станций к Луне. Главная цель большинства автоматов - поиск запасов водяного льда в лунных районах, которые постоянно затенены. Эти водные ресурсы специалисты считают ключом к созданию устойчивой лунной инфраструктуры.
Что скрывает вечная тень?
В конце августа 2023 года индийский посадочный аппарат «Чандраян-3» прилунился вблизи южного полюса спутника - самого перспективного района, где может содержаться лед. Эта посадка стала важной вехой не только для Индии, но и для всего мирового научного сообщества.
Измерения, проведенные посадочным модулем «Викрам» индийской автоматической лунной станции «Чандраяан-3» и маленького шестиколесного ровера «Прагьян», дали ученым-планетологам близкое представление о регионах Селены, перспективных с точки зрения поисков воды. Наблюдения, выполненные ранее, показали, что в некоторых постоянно затененных регионах присутствует лед, но оценки его количества сильно разнятся.
Между тем, сотрудники Лаборатории физики атмосферы и космоса Университета Колорадо в Боулдере, США, пытаются понять, откуда взялась вода на Луне - принесена кометами или астероидами из пояса Койпера, высвободилась в процессе вулканической активности, или образовалась в результате взаимодействия солнечного ветра с реголитом.
Каждое из указанных событий оставляет после себя характерный химический отпечаток, исследуя который ученые пытаются проследить цепочку до возникновения воды.
Считается, что высокая концентрация серы может служить индикатором наличия больших запасов лунного льда, образовавшегося в результате вулканической активности, а не принесенного кометами. Как и вода, сера на Луне является «летучим» элементом: на освещенной солнцем стороне она не стабильна, легко испаряется, улетучиваясь в космос. Учитывая «темперамент» элемента, ожидается, что сера скапливается только в более холодных частях Луны.
Хотя посадочный модуль «Викрам» прилунился не в постоянно затененном регионе, он измерил температуру вблизи полюса (на 69,37° южной широты) и смог идентифицировать наличие серы в реголите. Измерение ее содержания интригует, поскольку она может указывать на источники лунного льда.
Измеряя температуру под поверхностью, ученые получают способ определения местонахождения аналогичных летучих веществ. Результаты работы индийских аппаратов помогут проверить модели залегания летучих веществ и выяснить, как давно сера накапливалась на месте посадки.
Инструменты для открытий
«Викрам» и «Прагьян» — не единственные роботы, занятые поисками воды на Луне. Лунный разведывательный орбитальный аппарат LRO, запущенный НАСА в 2009 году и последние годы наблюдающий за поверхностью спутника с окололунной орбиты, дал возможность ученым изучить распределение, форму и количество воды на лунных полюсах. Тем же самым занят индийский лунный орбитальный аппарат «Чандраян-1».
Используя наблюдения, проведенные им и американским LRO в ультрафиолетовом и ближним инфракрасном диапазонах электромагнитного спектра, ученым удалось выявить лед в постоянно затененных регионах, измеряя химические «отпечатки пальцев» воды. В некоторых местах лунных полюсов внутри теней, отбрасываемых элементами рельефа, также найдена вода, но ученые долго не понимали, почему лед не распространен на Луне еще шире. Для этого пришлось спуститься на поверхность и провести более тщательные измерения лунных «летучих» элементов. Обнаружив серу, посадочный модуль «Викрам» сделал следующий шаг в рамках более масштабных исследований.
НАСА в поисках воды на Луне
Южный полюс - главная цель НАСА в рамках коммерческой программы по доставке полезных грузов на Луну (Commercial Lunar Payload Services) Американское космическое ведомство намерено вслед за Индией отправить на поверхность луны автоматические аппараты для поисков водяного льда.
Посадочный модуль Masten Space Systems XL-1 будет оснащен инфракрасной камерой L-CIRiS (Lunar Compact Infrared Imaging System), которая способна измерять температуру и изучать состав реголита. Недавно эту камеру окончательно испытали перед отправкой в НАСА, а готовый прибор будет подготовлен к запуску на посадочном модуле в конце 2026 года.
Но еще до XL-1 в конце этого года в южный полярный регион Луны планируется доставить ровер VIPER, который будет искать лед в «микрохолодных ловушках» - крошечных (не больше монетки) тенях на поверхности, которые никогда не освещает Солнце и где может содержаться лед. Причем эти места могут находиться не только в крупных постоянно затененных регионах у полюсов.
Главной целью коммерческой программы по доставке полезных грузов является поиск подходящего места для устройства долгосрочной лунной базы. Астронавты могли бы основать здесь станцию типа Мак-Мердо в Антарктиде, но для этого, прежде всего, необходимо озаботиться ее снабжением. Доставка воды на Луну обходится чрезвычайно дорого, поэтому размещение станции вблизи запасов льда является обязательным.
Во время этапа лунной программы «Артемида-3» астронавты НАСА будут использовать информацию, собранную в ходе коммерческой программы по доставке полезных грузов и других миссий, таких как «Чандраян-3», для определения лучших мест для сбора образцов. Для успеха «Артемиды» крайне важны измерения температуры и состава лунной поверхности, проведенные автоматами.
"Луна-25" оценила запасы льда в лунном кратере
Как сообщали в Институте космических исследований (ИКИ) РАН, 17 августа прошлого года российская автоматическая межпланетная станция "Луна-25" с помощью аппаратуры СТС-Л, созданной в ИКИ РАН, сфотографировала лунный кратер Зееман. По итогам анализа снимков оказалось, что "грунт стенок кратера содержит большую долю водяного льда по сравнению с его дном", - говорится в сообщении Института.
Кратер Зееман относится как раз к вечно затененным районам Луны, где предполагается наличие больших запасов водяного льда, а следовательно, может рассматриваться как одно из потенциальных мест расположения лунной базы. Кратер находится на обратной стороне Луны вблизи южного полюса, являясь третьим среди самых глубоких кратеров южного полушария естественного спутника Земли.
Специалисты ИКИ РАН наложили изображения кратера Зееман, сделанные "Луной-25", на карту массовой доли воды в лунном грунте по данным российского нейтронного телескопа ЛЕНД. Он измеряет нейтронный поток, излучаемый лунным грунтом, интенсивность которого зависит от содержания в реголите водорода. Поскольку его источником в лунном грунте является водяной лед, это позволило оценить запасы воды в кратере Зееман. Выяснилось, что на дне кратера в грунте содержится 0,1% воды от общей массы реголита. А вот в малых ударных кратерах, образовавшихся на стенках основного, массовая доля воды уже 0,2%.
Поиски воды на Луне станут одной из основных задач и следующего лунного проекта Роскосмоса - запуска на окололунную орбиту автоматической станции "Луна-26", который планируется на 2027 год. Аппарат, в частности, должен создать карту распределения водяного льда на поверхности Луны. Возможно, это повлияет и на определения места будущей высадки на поверхность спутника российских космонавтов.
