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
.