Израильские исследователи идентифицировали древние «ловушки холода» на Луне
Новые научные данные указывают на то, что лед накапливается на Луне в течение последних полутора миллиардов лет, и раскрывают, где его лучше всего искать. Доказательства были представлены в исследовании ученых Института Вейцмана и их партнеров из США.
Более полувека спустя после последней пилотируемой высадки человечество вновь участвует в лунной гонке — только сегодня ночью миссия НАСА «Артемида-2» прошла на расстоянии около 6 500 км от Луны. На повестке дня стоят планы США, России и Китая по созданию постоянных лунных баз. В отличие от миссий «Аполлон», высаживавшихся в шести различных точках, в XXI веке все устремили взоры на Южный полюс Луны. Предположение о наличии там залежей льда возникло около ста лет назад, и косвенные измерения последних двадцати лет подтвердили это. В космосе лед — востребованный ресурс: из него можно добывать воду для питья и сельского хозяйства, производить реактивное топливо для дальних полетов и изучать историю небесных тел.
Теперь ученые Института Вейцмана и их партнеры из США представили новые научные доказательства того, что лед постепенно накапливается на Луне уже по меньшей мере полтора миллиарда лет. Результаты исследования, опубликованные сегодня, во вторник, в журнале Nature Astronomy, выявили древние «ловушки холода» на лунной поверхности и обозначили их как приоритетные цели для будущих миссий.
В отличие от Земли, Луна почти не имеет наклона оси, поэтому Солнце всегда находится над районом ее экватора. На полюсах светило движется вдоль линии горизонта, не совершая привычных для землян восходов и заходов. Из-за этого солнечное излучение не достигает глубоких кратеров, окруженных крутыми стенами, — такие зоны называют постоянно затененными областями. Так было не всегда: в прошлом наклон Луны был больше, но в последние миллиарды лет она постепенно «выпрямлялась». В 2023 году ученые выяснили, что по мере уменьшения угла наклона все больше кратеров вблизи полюсов оказывались в тени и остывали. Исследователям удалось рассчитать время, когда каждый кратер лишился солнечного света, и определить «возраст» каждой такой области.
В новом исследовании профессор Одед Ааронсон с факультета наук о Земле и планетах Института Вейцмана и его коллеги — профессор Пол Хейн из Университета Колорадо в Боулдере и доктор Норберт Шоргхофер из Института планетарных наук в Гонолулу — проверили связь между возрастом затененной области и долей покрывающей ее ледяной поверхности. Лед отражает ультрафиолетовый свет иначе, чем скальные породы, что позволяет выявить его местоположение. Ультрафиолет, исходящий не только от Солнца, но и от звезд, способен проникать в затененные области. Ученые использовали данные прибора, установленного на зонде LRO НАСА, который картографирует Луну с 2009 года.
«Мы обнаружили, что чем раньше область стала затененной, тем большая ее часть успела покрыться льдом, — объясняет профессор Ааронсон. — Эта тенденция началась по меньшей мере 1,5 миллиарда лет назад и продолжается последние сто миллионов лет. Это намекает на то, что лед поступает из почти непрерывного источника, а не является следствием единичного столкновения с крупной кометой». Для сохранения льда на протяжении миллиардов лет требуются температуры порядка минус 160 градусов Цельсия. Области, где такие условия поддерживаются круглый год, называются ловушками холода.
Чтобы определить лучшие районы для поиска, ученые рассчитали, какие постоянно затененные области также являются ловушками холода и когда они ими стали. «Чем дольше область была ловушкой холода, тем больше льда она накопила, — описывает профессор Ааронсон. — Примером служит кратер Шеклтон: он затенен около 3,5 миллиардов лет, но ловушкой холода стал лишь 500 миллионов лет назад. В поисках целей для будущих миссий мы обнаружили несколько обширных ловушек возрастом более 3,3 миллиарда лет вблизи Южного полюса». Эти выводы критически важны для программы «Артемида», планирующей высадку астронавтов на Южном полюсе Луны для подготовки к будущим экспедициям на Марс. «Взятие пробы льда станет неоспоримым доказательством его существования, — отмечает Ааронсон. — Это позволит сравнить химический состав лунной и земной воды и понять, как использовать этот ресурс».
Данное исследование служит отправной точкой для миссий, нацеленных на самые древние ловушки холода, прежде всего — кратер Хауорт. «Космический аппарат, который приземлится там, сможет собрать массу информации, а с помощью вездеходов можно будет взять пробы», — добавляет профессор Хейн.
Источник лунной воды
Хотя окончательного ответа об источнике воды пока нет, ученые построили математическую модель, учитывающую поступление, испарение и перемешивание воды в результате геологических процессов. Тот факт, что в молодых ловушках льда мало, а накопление идет медленно, наводит на мысль о динамичном процессе, подобном наполнению дырявого ведра из крана. Среди гипотез — подъем летучей воды из недр Луны в ходе вулканической активности, воздействие солнечного ветра или множественные столкновения с астероидами и кометами на протяжении миллионов лет.
«Поиск воды за пределами Земли — одна из важнейших задач, — заключает профессор Ааронсон. — Луна служит отличной лабораторией для изучения истории нашей планеты и понимания того, что может ждать нас на других небесных телах».
