– После этого образцы, привезенные участниками экспедиций Apollo, повторно проанализировали и подтвердили наличие следов воды в грунте, – говорит Ноа Петро, который тоже принимал участие в работе коллектива M3. – И получилось, что Lunar Reconnaissance Orbiter мы запустили в такой поворотный момент, когда наше знание о наличии на Луне летучих веществ действительно помогло дать этим исследованиям толчок. К тому же был еще и LCROSS.
Вода и многое другое
Задачей полета LCROSS, или Lunar Crater Observing and Sensing Satellite
[97], космического аппарата-попутчика для LRO, было выяснить, есть ли лед в области, которая называется «зоной вечной тени» в темных кратерах на полюсах Луны. Солнечные лучи очень редко или вообще никогда не освещают дно таких кратеров, потому что их высокие стены отбрасывают длинные тени, закрывая внутреннюю область кратера от постоянно низко висящего над горизонтом солнца.
LCROSS отправился в космос на той же самой ракете, что и LRO, и долетел до Луны вместе с разгонным блоком Centaur
[98] (который представлял собой верхнюю ступень ракеты Altas V). Согласно плану эксперимента, израсходованная ракетная ступень должна была упасть в кратер Кабео около южного полюса Луны, в зону вечной тени. Четыре минуты спустя «пасущий» ее аппарат LCROSS должен был последовать за ней, изучая поднятое от удара облако пыли при помощи девяти научных инструментов, чтобы определить, какие материалы окажутся выброшены со дна этого темного неизученного кратера. LRO, космический телескоп «Хаббл» и наземные телескопы тоже по плану должны были попытаться заснять эти события.
Этот эксперимент испортил настроение группе гражданских активистов, которые обеспокоились тем, что LCROSS повредит Луне, а также тем обстоятельством, что NASA собирается «разбомбить» нашу небесную соседку. Даже при том, что от удара, предположительно, должны были взлететь вверх тонны лунного реголита, научный руководитель проекта LCROSS Тони Колаприт дал такую оценку: воздействие аппарата на Луну окажется в миллион раз более слабым, чем ресница пассажира, упавшая на пол внутри летящего «Боинга‐747», воздействует на его полет.
– То, что мы собираемся сделать, повторяет природный процесс, который происходит на Луне четыре раза в месяц независимо от того, находимся мы там или нет, – говорит Колаприт. – Разница лишь в том, что LCROSS метит в специально выбранную цель, кратер Кабео, а законы физики убеждают нас в том, что помеха движению Луны будет предельно ничтожной.
9 октября 2009 года эксперимент состоялся, как было запланировано, и, несмотря на то что облако выброса не удалось увидеть с Земли, LCROSS пролетел сквозь него, собирая и оперативно передавая данные на Землю до того, как сам рухнул на Луну, подняв вторую тучу пыли.
Так художник изобразил автоматическую станцию LCROSS в процессе изучения выброса лунного материала, поднимающегося от удара ракетной ступени. Источник: NASA / Научно-исследовательский центр имени Эймса
Ракетный блок Centaur массой 2400 кг создал своим ударом кратер размером примерно 25 на 30 м, и, по оценке научной группы LCROSS, от 4 до 6 тонн материала было подброшено вверх со дна вечно темного кратера в освещенное Солнцем пространство над ним и попало в поле зрения приборов LCROSS.
Ученые сумели определить, что в выбросе содержалось значительное количество воды, причем в разных формах.
– Мы зарегистрировали наличие водяного пара, – рассказывает Колаприт в Научно-исследовательском центре имени Эймса, – и, что гораздо более важно, мы зарегистрировали водяной лед. Наличие льда важно потому, что оно свидетельствует об определенном уровне концентрации воды.
Сколько льда может там быть? Как говорит Колаприт, лед на дне кратера лежит «глыбами». Объединенные данные спектрометрических наблюдений на борту аппарата-«пастуха» LCROSS в ближнем инфракрасном диапазоне, ультрафиолете и видимых лучах дают понять, что суммарная масса выброшенного из кратера водяного льда и пара составила 155 кг. Исходя из этого, Колаприт и его коллеги определили, что от 5 до 8 % массы материала дна кратера Кабео приходится на чистый водяной лед.
Дженнифер Хелдман, другой участник научной группы проекта LCROSS, говорит, что данные, полученные инструментами на борту их аппарата, а также информация с борта LRO (особенно инструмента LAMP, картирующего ультрафиолетового регистратора линий Лайман-Альфа) свидетельствуют, что самым обильным летучим веществом в лунном грунте по отношению к его полной массе является вода, а за ней по убыванию массовой доли располагаются сероводород, аммиак, диоксид серы, ацетилен, углекислый газ и несколько различных углеводородов.
– Мы обнаружили все эти летучие вещества, – говорит она, – то есть, по сути, газы, которые могут конденсироваться при очень низких температурах. Некоторые из моих коллег-ученых считают, что эти зоны вечной тени – своего рода «помойки» Солнечной системы, потому что в них откладывается материал, принесенный ударными и другими процессами, и у молекул, попавших туда, просто не хватает энергии, чтобы куда-то еще «убежать». Так что там имеется обширное вместилище воды и всех прочих веществ, которые застряли на полюсах.
Если люди когда-либо вернутся на Луну, доступ к воде и другим веществам станет важным преимуществом. Лунную воду можно будет пить, а из составляющих ее элементов – водорода и кислорода – можно производить ракетное топливо и пригодный для дыхания воздух.
Хелдман и Колаприт говорят, что результаты изысканий LCROSS коренным образом изменили то, что мы знаем о полюсах Луны.
– Это было настоящее путешествие первооткрывателей, – считает Колаприт. – Мы отправились туда, где никогда не бывали раньше; ученые десятилетиями мечтали изучить зоны вечной тени. Мы не остались разочарованы, хотя некоторые из наших находок до сих пор заставляют нас ломать голову.
Другие недавние открытия тоже оказались с сюрпризами, а также засвидетельствовали наличие большого количества ресурсов на Луне. В 2015 году имеющийся на борту LRO инструмент Lunar Exploration Neutron Detector (LEND, «Лунный нейтронный детектор»)
[99] определил, что водородосодержащие молекулы, включая, возможно, и воду, более распространены на тех склонах кратеров в южном полушарии Луны, которые обращены к южному полюсу.
Картирующий ультрафиолетовый регистратор линий Лайман-Альфа LAMP – это спектрограф, который сканирует лунный ландшафт и ведет съемку крайне разреженной атмосферы Луны в ультрафиолетовом диапазоне спектра. Он тоже обнаружил на полюсах лед, а также гелий в составе лунной атмосферы в количестве около 40 000 атомов на кубический сантиметр. Но это количество, похоже, циклически меняется в зависимости от температуры поверхности и лунного цикла смены дня и ночи. Планетологи пока еще не определили точно, происходит ли гелий из местных лунных источников или приносится на Луну солнечным ветром.
