За водой на Луну. Как на полюсах спутника Земли обнаружили лед





За водой на Луну. Как на полюсах спутника Земли обнаружили лед.



Американские ученые изучили данные, полученные с помощью индийского зонда «Чандраян-1», и обнаружили признаки присутствия водяного льда прямо на лунной поверхности — в области полюсов. Историю поисков воды на Луне по просьбе N + 1 рассказывает блогер и популяризатор космонавтики Виталий «Зеленый Кот» Егоров.

Долгое время Луну изучали только методом прямого наблюдения с Земли. Оптимистичные ожидания и первые низкокачественные телескопы позволили ученым разместить на лунных картах «моря», «заливы» и «болота». Когда оптика стала более совершенной, Луна предстала перед астрономами сухой и безжизненной.

Космическая эра открыла новые перспективы в изучении естественного спутника Земли. Луне как относительно близкому к Земле небесному телу «повезло» оказаться ареной противостояния двух сверхдержав. «Лунная гонка» между СССР и США не только способствовала развитию технологий, но и позволила достичь прорыва в научных знаниях.

Правда, вопрос о воде так и не был решен. В лунном грунте, доставленном американскими астронавтами, обнаружилось содержание одного процента воды, но ученые из NASA не готовы были признать этот факт, противоречивший тогдашним представлениям о Луне. Американцы подозревали, что влага могла попасть в образцы на космическом корабле, во время его возвращения на Землю.

Другие образцы лунного грунта, добытые советскими учеными, также показали незначительное содержание воды — около 0,1 процента. Эти результаты были опубликованы в 1978 году, но в те годы к ним отнеслись без должного внимания. Тогда считалось, что формирование Луны сопровождалось процессами высокого нагрева и активного вулканизма, а значит, всякая вода должна была улетучиться миллиарды лет назад.

Сейсмические эксперименты, входившие в программу Apollo, казалось, подтвердили гипотезу о сухой Луне. Удары использованных ракетных ступеней и космических кораблей о поверхность спутника Земли вызывали в его недрах, по данным регистраторов, эффект, подобный «колокольному звону». Сейсмические волны не утихали десятки минут, и это окончательно убедило ученых в отсутствии на Луне жидкой воды, которая придает недрам пластичность, способную быстро погасить сейсмическую активность.

Тем не менее, исследования продолжились. Малый космический аппарат Clementine, запущенный к Луне американскими учеными и военными в 1994 году, провел бистатический радарный эксперимент, нацеленный на поиск водяного льда у лунных полюсов. Суть эксперимента состояла в облучении теневых участков полюсов радиоволнами от бортового радиокомплекса Clementine и приеме отраженных волн 70-метровой антенной системы Дальней космической связи NASA на Земле. Интенсивность и поляризация отраженных радиоволн позволили ученым заявить о наличии залежей льда в районе южного полюса, объем которых оценили примерно в один кубический километр. Однако попытки воспроизвести результаты этого эксперимента при помощи 300-метровой антенны радиотелескопа Arecibo результатов не дали.

В дальнейшем именно полюса привлекали внимание ученых, поэтому надо пояснить, почему лунную воду ищут именно там. Луна вращается вокруг Земли по орбите с наклоном около 5 градусов от плоскости эклиптики, в которой вращаются все околосолнечные планеты. При этом относительно собственной оси Луна вращается практически вообще без наклона, поэтому в некоторые глубокие полярные кратеры Солнце не заглядывает никогда и там сохраняется температура поверхности -230 градусов Цельсия. Освещенная же лунная поверхность в полуденное время нагревается до 150 градусов Цельсия, и никакой лед сохраниться там не может. Вода на поверхности Луны могла оказаться в результате извержения вулканов в составе вулканических газов или в результате падения комет или астероидов, содержавших воду. Во всех случаях испаренная вода и другие летучие газы формировали временную лунную атмосферу, которая конденсировалась в холодных полярных кратерах. Что не успевало сконденсироваться, улетучивалось в космос, и так могло повторяться неоднократно, то есть залежи лунной воды и других летучих соединений могли бы рассказать о древней истории нашего спутника.

Другой механизм появления воды в приповерхностном слое Луны может быть связан с его постоянной бомбардировкой частицами солнечного ветра. В основной своей массе солнечный ветер — это поток протонов, которые и есть ядра атомов водорода. Встречаясь с атомами кислорода в грунте Луны, протоны могут формировать молекулы гидроксильной группы (OH) и воды (H2O).

Зонд NASA Lunar Prospector отправился на окололунную орбиту в 1998 году для подтверждения результатов Clementine и нес на борту новый прибор, способный обнаруживать воду — нейтронный спектрометр. Принцип его работы состоит в регистрации и измерении энергии и скорости вылетающих с лунной поверхности элементарных частиц — нейтронов. Нейтроны выбиваются тяжелыми заряженными космическими частицами из лунного грунта с глубины до одного метра. Атомы водорода способны их замедлять, поэтому скорость вылета нейтронов с поверхности Луны зависит от концентрации водорода в грунте. Водород в свободной форме в грунте безатмосферного тела не задержится, следовательно, он должен находиться там в химически связанном состоянии, в том числе в виде воды.

Нейтронный спектрометр Lunar Prospector обнаружил повышение концентрации водорода в поверхности Луны у полюсов. По его данным, воды в приполярных регионах может содержаться три-четыре процента от массы верхнего слоя грунта.


Концентрация водорода на полюсах Луны (слева — северный, справа — южный), по данным нейтронного спектрометра Lunar Prospector. Шкала внизу показывает содержание водорода от низкого к высокому (слева направо).
Поделиться

Радиофизики NASA решили еще раз проверить данные, полученные аппаратом Clementine, при помощи индийского зонда «Чандраян-1», на котором разместили небольшой зондирующий радар Mini-SAR. В отличие от аппаратуры на Clementine ему не требовались наземные станции, чтобы принимать отраженный сигнал, поэтому разрешающая способность и детализация изображений была намного выше. Прибор генерировал радиоволну круговой поляризации и оценивал характеристики отраженного от грунта сигнала. Mini-SAR «просвечивал» грунт не глубже, чем на 40 сантиметров, позволяя определять разницу в структуре поверхности и содержании в ней льда. Чтобы «взглянуть» глубже, ученые уделяли внимание прежде всего молодым метеоритным кратерам, которые обнажали залегающие ниже слои.

Оказалось, что на радиоизображениях ярче выделяются грубые обломки породы и столь же яркими должны быть залежи льда, смешанные с грунтом. Отличить по данным Mini-SAR кратеры с каменистой поверхностью и содержащие водяной лед не представлялось возможным, но хорошую подсказку дала выброшенная из кратера порода. Там, где окрестности кратера такие же яркие, как и его внутренняя часть, радар, скорее всего, зафиксировал просто каменные обломки. Там же, где яркость внутреннего пространства полярного кратера сильно контрастирует с окружающей поверхностью, более вероятно залегание водяного льда.




Кратеры на радиоизображении, полученном радаром Mini-SAR. Красными кружками отмечены старые кратеры, зелеными — аномальные, более контрастные.
Поделиться

На борту «Чандраяна-1» размещался и оптический прибор — мультиспектральный сканер Moon Mineralogy Mapper. Его задачей было картографирование распространения различных минералов на поверхности Луны. С его помощью обнаружили и распространение минералов, богатых гидроксилом и водой, причем, в отличие от других данных, — не только в приполярных областях.


Расставить все точки над i должен был следующий аппарат NASA — Lunar Reconnaissance Orbiter, запущенный в 2008 году. Его оснастили «полным пакетом» разведчика воды: радаром, ультрафиолетовым спектрометром и нейтронным детектором.
Нейтронный детектор LEND спутника LRO — российской разработки и производства. Это прямой потомок детектора HEND, который сумел обнаружить и картографировать залежи марсианской воды во время работы на зонде Mars Odyssey. LEND представляет следующее поколение нейтронных детекторов и имеет повышенную точность по сравнению с детектором Lunar Prospector и Mars Odyssey. Российский лунный прибор оснащен так называемым «коллиматором» — ограничителем, который позволяет на порядок сузить поле сканирования, а значит, повысить разрешающую способность прибора, то есть в подробностях увидеть распределение воды в верхнем метре лунной поверхности.

LRO дал возможность увидеть испарения воды над Луной при помощи отработанного еще в программе Apollo метода ударного воздействия. Ударным средством стал разгонный блок Centaur, который доставил LRO к Луне. Дополнительно на Centaur был размещен отдельный исследовательский аппарат LCROSS, который летел сразу следом за разгонным блоком, чтобы проанализировать вспышку и выброс от его падения в кратере Кабеус. LCROSS сумел зарегистрировать линии водяного пара в спектре ударной вспышки, однако выброс оказался в несколько раз слабее, чем ожидалось. Все попытки наблюдать вспышку с Земли, даже в самые большие телескопы, оказались неудачны. К тому же сам Centaur содержал остатки кислород-водородного топлива, которые могли внести искажения в итоговые результаты. По данным LCROSS, в грунте Кабеуса содержалось около 5 процентов воды.

За несколько лет работы LEND сумел собрать данные о распределении водорода в поверхности Луны как в обычном режиме, там и через коллиматор. Привычный режим исследования, когда детектор принимает летящие во всех сторон нейтроны, показал результаты, сходные с данными Lunar Prospector. А вот коллиматор принес сюрприз. Оказалось, что концентрация воды в грунте у лунных полюсов далеко не всегда соответствует низинам и донной части кратеров. LEND сумел выявить высокое содержание водорода на приполярных возвышенностях и, наоборот, практически полное его отсутствие в некоторых глубоких кратерах. Правда, все эти колебания от «мало» к «много» не превышали одного процента по массе воды в грунте.

Дополнительной интриги добавил лазерный высотомер LOLA на спутнике LRO. На дне одного из самых глубоких кратеров южного полюса Луны обнаружилась поверхность с очень высокой отражающей способностью. Все выглядит так, будто до 22 процентов донной части кратера покрыто водяным льдом.

Таком образом, за 25 лет исследований догадки о наличии воды на лунных полюсах из смелой гипотезы превратились в многократно подтвержденный факт. Однако пока все еще остается много вопросов. Мы не знаем, каково происхождение лунной воды, каковы объемы ее запасов и в какой форме она сохраняется в таком негостеприимном космическом теле.

Ответить на эти вопросы могли бы спускаемые аппараты, способные исследовать поверхность Луны непосредственно. К сожалению, пока их запуски откладываются. Российский спускаемый аппарат «Луна-25» не полетит раньше 2021 года, а запуск индийского «Чандраяна-2» сдвигается на 2019-й. Позже к Луне должен будет отправиться следующий российский спускаемый аппарат «Луна-27», оборудованный буровой установкой, которая попытается добыть грунт с глубины одного-двух метров и проанализировать содержащиеся в нем летучие соединения.

Поиски лунной воды важны с точки зрения перспектив будущей обитаемой лунной станции, которая могла бы использовать местную воду для бытовых и технических нужд, в том числе для выработки ракетного топлива.

Виталий Егоров

Источник: https://nplus1.ru/material/2018/08/21/moon-water

Комментарии (8)

Всего: 8 комментариев
  
0
Вот осталось затратить ещё несколько миллионов, спустить аппарат и убедиться, что в условиях Луны лёд принципиально существовать столь длительное время просто не может. Солнце его давно испарило бы, а водяные пары разбросало бы по пространству, хотя на первичных стадиях формирования Луны, вода, безусловно была, как и пусть и слабая, но атмосфера и даже облака. Но всё быстро закончилось с остыванием.
Между тем, эти ахторы пишут, мол, лёд не может звенеть. Явно звон сосулек на морозе никогда не слышали...
  
#2 | Анатолий »» | 29.08.2018 23:11 | ответ на: #1 ( Каравашкин Сергей ) »»
  
0
Не простой вопрос. Они ссылаются на то что сохранился лед на тех участках где Солнце не освещает поверхность. Ну это ладно.
А вот в недрах? Глубоко? Там не проникает солнечный свет и нагрев будет незначительный.
На Земле под землей на многие километры вниз есть целые линзы водяные, даже реки текут. Почему бы таким же образом не быть и на Луне скоплению воды?
#3 | Каравашкин Сергей »» | 30.08.2018 00:11 | ответ на: #2 ( Анатолий ) »»
  
0
На поверхности нигде сплошной тени нет. Тень может быть только на часть времени лунных суток. За столько миллионов лет всё испарится. Под поверхностью? Возможно, но нет русел потоков, как, например, на Марсе. Слишком мала Луна и быстро шло остывание, имхо.
  
#4 | Анатолий »» | 02.09.2018 19:53 | ответ на: #3 ( Каравашкин Сергей ) »»
  
0
Тоже считаю что в свободном состоянии воды (льда) нет на Луне, ну если только остаточные явления в породах, грунте Луны в связном состоянии.
Ну что говорить о Луне, когда даже на Земле происхождение воды весьма сомнительно и туманно и теории всякие мягко выражаясь ...
Надо вообще понять откуда вода в свободном состоянии да еще в таком количестве на Земле.

У меня в свое время была некая теория.
Где первая неживая материя (Планеты, Солнечные системы) дают промежуточную субстанцию (в данном случае воду) и она является прародителем живой материи.
Живая материя развивается по своим законам и доходит до разума. И с приходом разума - в лице человека начинает творится второй этап - неживая материя 2.
Без первой субстанции - неживой материи не может возникнуть живая материя, без разумной живой материи не может возникнуть вторая неживая материя.
В свою очередь вторая неживая материя произведет вторую живую материю. И опять жесточайшая зависимость - иерархия материй.

Из этого значит что Вода - это важнейшая субстанция. Без ее присутствия не было бы нас и всего живого.

Это конечно тривиально, но я придаю Воде ОСОБЫЙ СМЫСЛ. Так как она является промежуточным звеном между неживой и живой материей.
Я не могу сформулировать этот ОСОБЫЙ СМЫСЛ, я его просто ... чувствую. Передать словами это сложно. Хотя бы потому что это ТАЙНА.


.
  
#5 | Анатолий »» | 02.09.2018 20:02 | ответ на: #3 ( Каравашкин Сергей ) »»
  
0
И между прочим в Христианстве отмечена вода, как особая субстанция ( водой крестятся! -- окунаются в воду) Крещение это ТАИНСТВО. И в нем присутствует СВЯТОЙ ДУХ.
Я знаю что вы не верующий, но я говорю сейчас не о Вере моей или вашей, а о том что Вера (христианская) тоже выделяет воду в особое вещество - субстанцию.
Для меня вода - ЖИВАЯ. Но это промежуточная ступень между живой и неживой природой.
#6 | Каравашкин Сергей »» | 02.09.2018 20:14 | ответ на: #5 ( Анатолий ) »»
  
1
Во-первых, Анатолий, я ньютонианец. Просто Бог для меня, как физика, глубже, чем дедушка на небесах, как во многих религиях.
Во-вторых, вода, действительно, основополагающая субстанция для порождения живого. И плод человеческий в ней зарождается. Вода, по своим свойствам, одновременно кислота и щёлочь в зависимости от соотношения Н и ОН. Другой такой жидкости в природе не существует.
Откуда она берётся? Посмотрите на облачность Венеры. Она пока вся там, в облаках и участвует вместе с кислотами в образовании коры Венеры. С остыванием она опадёт, очистив атмосферу и образует первичный океан.
  
#7 | Анатолий »» | 02.09.2018 20:19 | ответ на: #6 ( Каравашкин Сергей ) »»
  
0
Откуда она в таком количестве возникла в атмосфере? (на той же Венере, а заодно и на Земле)

PS. Я это к тому что в Космосе нет такого количества воды (есть, но не в таком количестве) чтобы при образовании планет собрать такое количество воды в атмосфере.
#8 | Каравашкин Сергей »» | 03.09.2018 00:26 | ответ на: #7 ( Анатолий ) »»
  
0
Зато много водорода, а в начальной стадии планета горячая. Вещества образуются в звезде. Планеты только аккумулируют сбрасываемые оболочки. Вот при температуре и происходит образование воды. Кроме того, в атмосфере горячей планеты происходят реакции с присутствием серы и её соединений. В ряде реакций образуются соли и вода. Чем дольше держится на планете горячее состояние, тем больше реакций, тем больше воды. Ведь практически вся кора - это соли, окислы и их производные.
Добавлять комментарии могут только
зарегистрированные пользователи!
 
Имя или номер: Пароль:
Регистрация » Забыли пароль?
 
© decoder.ru 2003 - 2018, создание портала - Vinchi Group & MySites
ЧИСТЫЙ ИНТЕРНЕТ - logoSlovo.RU