Астрономы обнаружили прямые свидетельства присутствия слоя водяного льда на поверхности в приполярных районах Луны, обнаженный лед находится в так называемых «холодных ловушках» — постоянно затемненных областях вокруг полюсов спутника, где царят крайне низкие температуры, говорится в статье, опубликованной в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Из-за небольшого наклона оси вращения к плоскости эклиптики в приполярных областях на Меркурии, Луне и Церере образуются «холодные ловушки» — обычно они находятся в кратерах. Солнечный свет не может проникнуть в них напрямую, поэтому температура там обычно не поднимаются выше 110 кельвинов (-163 градуса Цельсия). Считается, что в этих местах может накапливаться и оставаться стабильным водяной лед, и наблюдения Меркурия и Цереры подтверждают эту гипотезу. Ранее свидетельства присутствия водяного льда на Луне были обнаружены с помощью инструментов зонда Lunar Reconaissance Orbiter (LRO) и станции Lunar CRater Observation and Sensing Satellite (LCROSS). Однако они могли указывать и на другие соединения, например, на гидроксильные группы (OH).
Группа исследователей под руководством Шуай Лиа (Shuai Lia) из Гавайского университета проанализировала данные, полученные в ближнем ИК-диапазоне инструментом Moon Mineralogy Mapper, который был установлен на борту индийского зонда «Чандраян-1». Исследователи анализировали спектры отраженного от поверхности Луны излучения. Главное достоинство этого метода заключается в том, что он позволяет напрямую измерить колебания молекул и отличить водяной лед от ОН или воды в любой другой форме (жидкая, поглощенная поверхностью или в составе гидратированных минералов). Получить спектр «холодных ловушек» удалось благодаря свету, отраженному от стенок кратеров, в которых они находятся. Исследователи изучали области, которые были расположены между регионами, на которые падает прямое солнечное излучение, и постоянно затемненными зонами.
Проанализировав этот спектр, астрономы обнаружили достоверные признаки присутствия водяного льда прямо на лунной поверхности — на глубине менее нескольких миллиметров. Однако они встречались в пределах 20 градусов широты от обоих полюсов (примерно 90 процентов случаев регистрации приходились на 10 градусов широты от полюсов). Кроме того, ученые пришли к выводу, что лед в «холодных ловушках» вовсе не чистый — его массовая доля может составлять 30 процентов или выше, если он перемешан только с реголитом, или около 20 процентов, если лед встречается в виде отдельных участков в реголите.
Полученные результаты могут свидетельствовать о том, что на спутнике Земли не так много льда, как предполагалось раньше. Кроме того, накопление реголита в кратерах, вероятно, происходит достаточно быстро. Считается, что Луна сохраняет современный наклон оси вращения вот уже 2-3 миллиарда лет, поэтому обнаруженный лед, как предполагают астрономы, может быть очень древним. Его источником могут быть кометы — однако симуляции показывают, что занесенные ими запасы должны иссякнуть уже спустя 20 миллионов лет. Тем не менее, ученые не могут однозначно сказать, как именно влияют солнечный ветер, галактические космические лучи и межпланетная среда на его убегание с поверхности.
«Лунная вода может быть доставлена кометами, этими космическими пришельцами из межпланетной среды. Изучив лунную воду, мы узнаем химический и молекулярный состав межпланетного вещества, возможно даже обнаружим космические пред-биологические соединения», — сказал в беседе с N+1 Игорь Митрофанов, руководитель отдела ядерной планетологии Института космических исследований РАН.
Он и его коллеги создали нейтронный телескоп ЛЕНД, который и сейчас работает на борту LRO. Данные этого телескопа позволили обнаружить в приполярных регионах Луны зоны с повышенной концентрацией водорода — то есть с зоны, где есть вода или гидратированные минералы.
Митрофанов напоминает, что лунная вода станет важнейшим природным ресурсом для жизнеобеспечения будущих лунных экспедиций.
«Достаточно сказать, что первый (но и последний) космический аппарат LRO амбициозной лунной программы Constellation президента Джоржа Буша младшего был специально посвящен доказательству существования лунных полярных ледников и изучению из свойств. Российская лунная программа на разрабатываемых автоматических станциях Луна-25 — Луна-27 также нацелена на изучение физических условий в окрестности южного полюса Луны, на оценку массовой доли водяного льда реголите, на исследование растворенных в нем химических соединений. Поэтому проведенное авторами статьи исследование безусловно заслуживает интерес, как еще один фрагмент в формирующуюся общую картину природных условий на лунных полюсах», — заключает Митрофанов.
Водяной лед — не редкость в Солнечной системе. В прошлом он уже был обнаружен на Плутоне и Энцеладе. Кроме того, считается, что большие запасы льда присутствуют на Марсе — например в полярных шапках, замерзших водоемах или в подповерхностных слоях.
Кристина Уласович
.
Чем астрономов привлекает это событие и как его наблюдать
Мнение редакции может не совпадать с мнением автора
27 августа Сатурн выстроится примерно в одну линию с Землей и Солнцем. В астрономии этот момент называют противостоянием или оппозицией. За счет своего расположения в космическом пространстве окольцованная планета достигнет максимальной яркости и угловых размеров для земных наблюдателей. Это лучшее время, чтобы наблюдать Сатурн в телескоп или зрительную трубу. Александр Смирнов, автор YouTube-канала Astro Channel, рассказывает, почему не стоит пропускать это событие и как начинающим астрономам к нему подготовиться. Противостояние бывает только у Сатурна? Нет, оно случается у всех внешних планет — Марса, Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна. Реже всего противостояние происходит у красной планеты — раз в 780 дней. Однако именно оппозиция Марса самая красочная: из невзрачной красноватой точки он превращается в заметный объект. Его яркость может меняться от 1 до −2 звездной величины — планета почти так же хорошо видна на небе, как Сириус и Юпитер. Еще раз в 15 лет случаются Великие противостояния — в это время Марс находится ближе всего к Земле. У остальных внешних планет противостояния менее выражены и происходят чаще: раз в 12-13 месяцев. Но у окольцованной планеты оно особенное. Чем интересен Сатурн? В момент противостояния кольца Сатурна становятся заметно ярче. Дело в том, что они не монолитны, а состоят из фрагментов льда и пыли: в обычном состоянии кольца отбрасывают друг на друга тени — это влияет на общую яркость. В момент противостояния тени направлены строго от наблюдателя, поэтому частицы колец друг друга не затмевают и суммарный блеск становится больше. Выражен этот эффект в течение недели-двух до и после противостояния. Затем яркость колец снова уменьшается. Наблюдая Сатурн в течение месяца после 27 августа, можно заметить плавное снижение яркости. Кстати, не каждый раз кольца Сатурна одинаково красивы. Дважды за сатурнианский год — примерно раз в 13-15 лет — они совсем исчезают. Это случается из-за того, что ось вращения Сатурна наклонена к его орбите на 27 градусов. И вблизи сатурнианских равноденствий для земных наблюдателей тонкие кольца (шириной около 1 км) видны с ребра. В этом году кольца у́же, чем в прошлом. А в марте 2025 года они практически исчезнут. К сожалению, увидеть это будет крайне сложно, поскольку Сатурн в это время окажется вблизи Солнца для земных наблюдателей — и будет слишком светло, чтобы что-то разглядеть. Какая техника понадобится? Чтобы разглядывать Сатурн в деталях, нужно вооружиться зрительной трубой или телескопом. Увидеть кольца можно при увеличении от 30 крат и выше, поэтому в большинстве случаев бинокли не подходят для таких наблюдений — у них фиксированное увеличение и, как правило, не более 20 крат. При 100-кратном увеличении на Сатурне можно различить облачные пояса, а также увидеть не только кольца, но и щель Кассини между ними. Рядом будет заметен еще и спутник планеты — Титан. Самый важный параметр для подбора телескопа — диаметр объектива. Чем он больше, тем больше света соберет, а также лучше его разрешающая способность и увеличение. При наблюдениях с помощью зрительной трубы пригодится штатив — позволит избежать сильной тряски изображения. Конечно, картинка будет не столь детализирована, как на снимках с космических аппаратов и астрокамер. Но мой опыт говорит, что Сатурн — одна из самых впечатляющих планет. Особенно если это ваше первое наблюдение. Чтобы разглядеть планету как следует, ее можно заснять. Профессиональные фотографы используют астрокамеры, увеличивают фокусное расстояние с помощью линзы Барлоу и специальным корректором минимизируют влияние атмосферной дисперсии. Причем они делают не фото, а видео — из ролика можно извлечь несколько максимально четких кадров. Лучшие из них складывают, обрабатывают, и на выходе получают детальную фотографию — наподобие тех, что можно найти на просторах интернета. Любители, у которых нет дорогостоящего оборудования, могут попробовать заснять планету на смартфон — для этого нужно подставить объектив к окуляру телескопа и сделать фотографию. Чтобы планета на картинке не была пересвечена, можно использовать профессиональный режим и самостоятельно подобрать чувствительность и экспозицию. Кроме того, можно попробовать снять видеоролик и обработать его по алгоритму профессиональных фотографов. Обрезать и центрировать объект в кадре в программе PIPP, выровнять и сложить лучшие кадры — в Autostakkert 3. А финальную обработку для увеличения четкости сделать в Registax 6. Нужно ли куда-то ехать? С наблюдением Сатурна справятся даже новички. Он довольно яркий, поэтому его без проблем можно наблюдать в городе, выезжать за пределы не обязательно. Хотя созерцать звездное небо вдали от засветки намного приятнее. Главная проблема, с которой мы можем столкнуться при наблюдении планет, — это атмосфера Земли. Часто она нестабильна: потоки теплого воздуха, испарение и туман могут размывать изображение. Универсального инструмента для борьбы с дрожанием картинки нет. Иногда помогает просто подождать. Во-первых, телескоп или зрительная труба, выставленные на улицу, спустя некоторое время примут температуру окружающего воздуха, а это большой плюс для качества изображения. Во-вторых, в течение ночи состояние атмосферы может меняться несколько раз, и поймать «спокойные» минуты вполне возможно. В-третьих, есть старое астрономическое правило — чем больше смотришь, тем больше видишь. Глазам нужна тренировка, как в спортзале: сделали подход к окуляру, понаблюдали, отдохнули. Потом с новыми силами опять смотрим. Спустя некоторое время вы поймете, что уже различаете больше деталей, чем при первом взгляде. Кроме того, для наблюдения планет может быть полезным оптический прибор — корректор атмосферной дисперсии. Благодаря ему края изображения не будут окрашиваться в сине-желтые цвета. Как найти Сатурн на небе? Если вы ориентируетесь по звездному небу, то без проблем отыщете Сатурн. В этом году он находится в созвездии Водолея. В момент противостояния (примерно в час ночи по местному времени) он займет наивысшую точку над южной стороной неба. Безусловно, можно перепутать Сатурн с Юпитером — в это же время он будет сиять высоко на востоке. Если боитесь ошибиться, воспользуйтесь компьютерными планетариями для подстраховки. Самый популярный и при этом бесплатный — Stellarium. Для смартфонов также существуют приложения StarWalk 2 и SkySafari. А для мониторинга погоды можно воспользоваться сервисом Windy. Что еще понаблюдать? Вблизи Сатурна на небе будет светить яркая луна — сейчас она стремится к полнолунию. В телескоп можно разглядывать поверхность спутника. Из ярких планет поблизости с Сатурном будет Юпитер. Помимо облачных поясов, рядом с ним можно будет увидеть четыре галилеевых спутника — Ио, Европу, Каллисто и Ганимеда. Ранним утром будет восходить недавно открытая комета C/2023 P1 (Nishimura). В середине сентября, если она переживет сближение с Солнцем, будет хорошо видна на небе. Но точных прогнозов для нее сейчас нет. Ведь кометы — одни из самых непредсказуемых объектов в Солнечной системе.