Луна во льдах

Вода в твердой фазе уже обнаружена на поверхности многих крупных тел Солнечной системы. Наличием влаги могут похвастаться три из четырех галилеевых спутников Юпитера (Европа, Ганимед и Каллисто), некоторые сферические спутники Сатурна, Урана и Нептуна, кометные ядра. Также вода в виде льда присутствует в полярных районах Марса и, конечно же, Земли. Предполагается, что Плутон и другие объекты так называемого пояса Койпера также могут частично состоять из водяного льда и твердой фазы углеводородов. Но совершенно особого внимания достойно гипотетическое наличие льда на поверхностях ближайших к Земле крупных безатмосферных тел – Луны и Меркурия. Но возможно ли сохранение «холодных ловушек» в течение длительного по космологическим масштабам времени? Для долгого существования районов, никогда не освещаемых Солнцем, необходимо наличие достаточно глубоких метеоритных или вулканических кратеров. Угол наклона оси вращения Луны к нормали от плоскости ее орбиты отличается чуть больше, чем на один градус, а плоскость, по которой она вращается вокруг Земли, даже в своих максимальных значениях также незначительно различается с эклиптикой. Если бы этот угол составлял достаточно большое значение – как у Луны и Марса, – существование вечно затененных районов было бы невозможным. Если кратеры находятся в полярных районах, центральная их часть никогда не будет освещена Солнцем, а так как теплоперенос на поверхности Луны практически отсутствует, температура в этих местах может достигать значений, близких к абсолютному нулю.

В начале 70-х годов появились работы, в которых подробно описывался возможный механизм появления материала, составляющего «холодные ловушки». Дело в том, что с момента своего образования Луна постоянно подвергалась космическим бомбардировкам, причем с ее поверхностью сталкивались не только обычные каменные, железные и железокаменные метеороиды, но и, несомненно, кометные ядра и их фрагменты. И так как ядра комет состоят из различных легкоплавких льдов и летучих углеводородов, при взрыве и последующем полном испарении этих объектов часть их молекул может совершать тепловое столкновительное движение, в процессе которого некоторая доля молекул способна достигать тех самых вечно затемненных областей в полярных регионах.

Длительный перерыв, возникший между последними пилотируемыми полетами по программе «Аполлон» в начале 70-х годов и возобновлением полетов межпланетных станций в середине 90-х, не способствовал прояснению ситуации с существованием лунных льдов. Важное открытие было сделано с помощью лунного американского зонда «Клементина» и автоматической станции «Галилео», двигавшейся по направлению к Юпитеру и пролетавшей мимо системы «Земля-Луна»: ими была открыта крупная депрессия – древнейший ударный кратер, бассейн Южный Полюс – Эйткен, составляющий приблизительно 2500 км в диаметре и 13 км глубиной.

Запущенная в июне 2009 года американская станция LKROSS 9 октября достигла одного из небольших кратеров в полярной области – причем сначала поверхности Луны коснулась последняя ступень ракеты «Атлас V», которая доставила аппарат на орбиту. Два удара произошли с разницей всего в несколько минут, таким образом, что аппаратура зонда смогла зафиксировать происходящее при взрыве ракеты-носителя. К сожалению, самые тщательные наблюдения не обнаружили ощутимого выброса паров воды при этих падениях – вспышка и выброс от удара оказались намного меньше, чем предполагалось первоначально. Большие наземные телескопы ничего не зафиксировали.

Интересно отметить, что на другом аппарате LRO, выведенном на орбиту этой же ракетой-носителем, находился российский прибор ЛЕНД, разработанный в Институте космических исследований РАН. Фактически это небольшой нейтронный телескоп с высоким пространственным разрешением, предназначенный для измерения излучения лунной поверхности. Полученные данные помогут построить глобальную карту содержания водорода в приповерхностном слое реголита (лунного грунта), провести поиск залежей водяного льда в вечно затемненных приполярных кратерах, а также оценить вклад нейтронной компоненты в радиационный фон Луны для обеспечения радиационной безопасности будущих пилотируемых экспедиций и постоянных баз на поверхности спутника.

В 2008 году японский лунный аппарат «Кагуя» обследовал кратер Шекелтон на южном полюсе Луны при помощи специальной телекамеры с очень высоким разрешением. Камера не зафиксировала отражение света, которое свидетельствовало бы о наличии льда. Однако такой результат лишь означает, что в этом месте нет достаточно чистого льда непосредственно на поверхности, но при этом лед может находиться под ней.

В соответствии с полученными данными исследователи существенно переработали имеющиеся модели. И раньше предполагалось, что кометная водно-углеводородная компонента составляет небольшой процент от вещества верхних горизонтов реголита, но по нынешним оценкам некоторых ученых эта доля может быть значительно снижена. В принципе, не выглядит совсем невероятным и полное отсутствие воды и других летучих соединений в твердой фазе, но и этот факт нуждается в теоретическом подтверждении. Тем временем появились вполне серьезные проекты доставки лунного вещества с полярных областей – подобный материал даже в ничтожном количестве будет иметь важнейшее значение для развития геохимии.