Ученые нашли веские доказательства того, что Луна может содержать огромное количество воды в своей структуре. Этот факт может быть очень полезен для будущих исследований лунной поверхности.
Научное исследование было проведено учеными из Университета Брауна в Род-Айленде и опубликовано в издании Nature Geoscience. Ученые изучали процесс поимки воды в ловушку в вулканическое стекло через лунную поверхность. Остатки лунного вулканизма насчитывают миллиарды лет.
«Историческая точка зрения заключалась в том, что Луна была абсолютно сухой планетой, — сказал ведущий автор исследования Ральф Милликен. — Но мы и сейчас продолжаем признавать, что это не так, и на самом деле планета может быть гораздо более похожей на Землю с точки зрения наличия воды и других летучих газов».
Предыдущие научные работы
В предыдущих исследованиях использовались образцы, полученные в ходе космических полетов кораблей Apollo 15 и 17, в 1971 и 1972 годах, целью которых стало исследование воды на Луне.
В 2008 году ученые обнаружили следовые количества воды в некоторых из бусин, состоящих из вулканического стекла. Предполагалось, что Луна может быть влажной.
Даже небольших объемов воды на Луне было бы достаточно для создания значительных залежей вулканического стекла. Когда лава формируется с невероятной быстротой, ее молекулярная структура не успевает перестроить себя в «нормальное» каменистое тело и вместо этого преобразуется в стекло. Небольшие капли лавы, выброшенные в воздух, как правило, превращаются в стекловидное тело, но внезапное охлаждение в воде обладает тем же эффектом.
Хотя в предыдущих исследованиях основное внимание уделялось образцам, привезенным Apollo, в этом последнем научном изыскании вместо этого материала использовались спутниковые данные, полученные на лунном орбитальном аппарате Индии Chandarayaan-1. Изучая свет, отраженный от поверхности Луны, исследователи смогли выяснить, какого рода минералы на ней присутствуют.
Структура воды на Луне
Почти во всех крупных пирокластических отложениях на поверхности Луны, которая является скалистой планетой, составленной из вулканического извержения, исследователи обнаружили доказательства наличия воды в виде бусинок из вулканического стекла. Это предполагает, что части мантии Луны могут содержать столько же воды, сколько есть на Земле.
«Вода, которую мы обнаруживаем, может быть либо как ОН (гидроксид минерала), либо Н 2 О, но мы подозреваем, что это прежде всего ОН», — констатировал ученый Милликен.
Важность открытия
Неясно, была ли эта вода принесена на Луну кометами или астероидами, или, возможно, уже присутствовала в ее структуре. Интерес вызывает то, что она может быть значительно легче получена, чем замороженная во льду на полюсах. Вода может быть извлечена из гранул путем их нагревания до высоких температур.
«Все, что помогает облегчить работу будущих лунных исследователей от необходимости использовать много воды из дома, — это большой шаг вперед, и наши выводы открывают перед человечеством новую альтернативу», — говорится в заявлении соавтора исследования Шуай Ли.
До сих пор считалось, что Луна - абсолютно “сухое” тело как на поверхности, так и внутри и была такой с самого момента возникновения (почти 4 млрд лет назад Земля столкнулась с космическим телом размером с Марс, вследствие чего на свет божий и появилась Луна).
Если вода и существовала на самых ранних этапах жизни Луны, то давно испарилась под воздействием гигантских температур, возникших при столкновении, считали ученые. Однако последнее открытие американских ученых заставляет усомниться в этой красивой теории.
Летом 2008 г. группа исследователей под руководством Эрика Хаури из Института Карнеги (США) обнаружила воду - точнее, ее следы - в образцах лунного вулканического материала, доставленного на Землю более 30 лет назад в рамках программы Apollo.
Образцы, возраст которых около 3 млрд лет, представляют собой маленькие шарики вулканического стекла. Обнаружить в них следы воды - малейшие ее количества - удалось благодаря методу вторичной ионной масс-спектрометрии (SIMS), разработанному доктором Хаури. По сравнению с прежними способами чувствительность с SIMS возросла в 10 раз, что позволяет определять слабые следы нужного вещества, даже если его содержание составляет менее 5 частей на миллион.
Как показали исследования, в вулканическом лунном стекле содержится неожиданно много воды - в среднем 46 частей на миллион. Построение математической модели остывания образцов (после попадания их на поверхность) показало, что содержание воды в горячей магме до извержения составляло 750 частей на миллион (для сравнения: в земной мантии воды содержится от 500 до 1000 частей на миллион). Иными словами, на ранних этапах существования Луны из ее недр на поверхность поступало огромное количество воды. Однако 95% этой воды было потеряно во время извержения.
По мнению ученых, часть испарившейся воды ушла в космическое пространство, а часть осела обратно на поверхность, причем большую ее долю отнесло к полюсам Луны. Только там в неосвещаемых кратерах в виде льда могут существовать возможные залежи воды (во время лунного дня поверхность прогревается до температуры свыше 100 градусов по Цельсию). Ранее считалось, что источником льда на полюсах Луны могут служить только кометы и астероиды.
Открытие может перевернуть не только наши представления о механике образования Луны, которая, как теперь ясно, содержала воду с самого своего рождения, но и дальнейшие перспективы ее практического освоения. На ноябрь - декабрь 2008 года намечен запуск американского спутника LRO (Lunar Reconnaissance Orbiter), который должен выполнить проверку южного полюса Луны - подтвердить или опровергнуть наличие там воды. Если на Луне найдут воду, это облегчит ее освоение.
До пятницы, 13 ноября, Луна лишь отражалась на глади земных водоемов - от луж до океанов, оставаясь сама сухой и безводной, как пески Сахары. Но в прошлую пятницу ученые уверенно провозгласили: "Есть вода на Луне!".
"Да, мы нашли воду на Луне, - заявил Энтони Калапрете, главный исследователь лунных кратеров при НАСА. - И не несколько капель воды, а значительное количество". Подтверждение догадок ученых о существовании воды на Луне было встречено с огромным энтузиазмом исследователями, собирающимися в будущем организовать поселение землян на ее поверхности. Не менее рады и те ученые, которые надеются выяснить историю Солнечной системы, законсервированную во льдах Луны на протяжении миллиардов лет.
Поиск воды на Луне велся при помощи спутника. Он врезался в кратер, расположенный неподалеку от южного полюса Луны. Это произошло месяц назад. Спутник влетел в кратер со скоростью 9000 км в час, образовал воронку размером в 20-35 метров и выбросил наверх, по меньшей мере, 100 литров воды. "Мы получили не просто капельки воды. Мы практически "попробовали ее", - заявил Питер Шульц, профессор геологии Брауновского университета.
Более десятилетия ученые догадывались о существовании воды на Луне в виде льда на дне холодных лунных кратеров, куда не проникают солнечные лучи. Миссия LCROSS состояла из двух частей: пустой ракеты, которая должна была ударить по дну кратера Кабеус, в 100 км шириной и 3,2 км глубиной, и маленького спутника, который должен был установить состав выброшенного грунта. Специалисты НАСА, пожертвовавшие сном, чтобы не прозевать удар ракеты по кратеру 9 октября, были разочарованы. Они не увидели искусственного извержения Кабеуса. Его не смогли засечь даже самые мощные телескопы на Земле, включая те, что расположены в Паломарской обсерватории в Калифорнии. Но сам LCROSS сфотографировал извержение, хотя некоторая неточность в наводке не позволила разглядеть детали.
Вывод о присутствии воды был сделан на основе изменения окраски грунта, произошедшей после удара ракеты. Изменения были вызваны молекулами воды, поглощающими световые волны определенной длины. Ученые обнаружили также изменение спектра, связанное с появлением гидроксила - группы ОН, "выбитой" из молекул воды в результате удара ракеты. Кроме того, были обнаружены молекулы двуокиси углерода и серы, а также метана и других соединений. "Перед нами открываются самые разнообразные возможности", - говорит доктор Калапрете.
Кратер Кабеус, как и другие кратеры Луны, расположенные у ее полюсов, находится в постоянной темноте. Температура на дне кратера составляет минус 220 градусов Цельсия. При такой температуре никакие химические соединения из кратера "выбраться" не могут. Главный "лунный" ученый НАСА Майкл Варго говорит, что "эти кратеры - словно покрытые пылью чуланы Солнечной системы".
Луна долго считалась сухой и безводной. Затем появились намеки на существование льда на дне ее полярных кратеров. Некоторые гипотезы на сей счет предполагают влияние комет или появление воды внутри самой Луны. "Сейчас, когда благодаря LCROSS мы уже точно знаем, что вода на Луне есть, мы можем начать решать и другие серьезные проблемы", - считает Грегори Делори из Калифорнийского университета в г. Беркли. По его словам, результаты миссии LCROSS и других космических кораблей "рисуют удивительно новую картину Луны как отнюдь не мертвого мира. В действительности Луна может оказаться очень интересной и динамичной".
В самом деле, если лед на Луне имеется в больших количествах, то он не только обеспечит водой будущих земных поселенцев. Входящие в состав воды кислород и водород позволят изготавливать горючее для ракет, а кислород необходим для дыхания астронавтов. Забавно, что этот лед мы будем добывать, как руду или уголь на Земле, устраивая штольни и забои. Однако, к сожалению, в планах НАСА Луна занимает сейчас далеко не ведущее место. Астронавты, впервые посетившие Луну в 1972 году, вернутся на нее лишь в 2020-м. Но сейчас и эта дата под вопросом. Президентская комиссия, созданная в мае, пришла к выводу, что сокращение бюджета НАСА делает дату 2020 года нереальной. Комиссия предложила президенту Обаме иной план: забыть про Луну и сконцентрироваться на изучении глубокого космоса при помощи непилотируемых космических кораблей.
Возвращаясь к обнаружению воды на Луне, необходимо подчеркнуть, что Луна все же далеко не "мокрая" планета. Не исключено, что почва кратера Кабеус может оказаться суше, чем пески земных пустынь. Но, по мнению доктора Калапрете, 100 литров воды - это только нижний предел, и поэтому еще рано делать заключения о концентрации воды в почве лунных кратеров. Кто знает, сколько лет должно еще пройти, прежде чем Аэлита будет приветствовать астронавтов бокалом воды.
Следы оползней и астронавтов
На Луне нашли не только воду, но и проявления геологической активности, которая всегда считалась невозможной на этом холодном, "мертвом" небесном теле. Американский аппарат LRO ("Лунный орбитальный разведчик") разглядел на поверхности нашего спутника оползень, сошедший на Луне сравнительно недавно по геологическим меркам. Казалось бы, что может быть причиной перемещения грунта, ведь на Луне нет потоков воды, не дует ветер и нет дождей?
Однако еще 15 лет назад международная группа исследователей, включавшая и российского астронома Владислава Шевченко, отметила на фотографиях лунной поверхности участки в кратере Рейнер, которые значительно отличались по цвету от окружающего грунта. Они были намного темнее, как и положено оползню, лишь недавно сползшему с вершины кратера. Оценка времени образования оползня - от нескольких лет до 500 тысяч лет, но это в любом случае очень мало по сравнению с миллиардами лет существования Луны. Это "молодой" оползень.
Гипотезу о геологической активности на спутнике подтвердил LRO, причем этот аппарат увидел оползни в другом кратере - Маринус, хотя назвать причину их появления пока довольно трудно. Скорее всего, оползни являются результатом метеоритного обстрела, вызвавшего лунотрясения. Во всяком случае, Луна представляется уже не такой мертвой, как еще лет 20 назад.
Аппарат LRO имеет на своем борту камеры с огромным разрешением 50 сантиметров, и с их помощью было сделано еще одно открытие. Точнее, закрытие - закрытие темы о мистификации, созданной американским космическим агентством. До самого последнего времени некоторые маргиналы всерьез уверяли общественность, что американцы на Луне не были. Так вот, LRO сфотографировал места прилунения "Аполлонов" с отпечатками опор и даже со следами астронавтов. Впрочем, маргиналы теперь наверняка скажут, что фотографии подделаны...
Не так давно, учеными из НАСА были обнаружены молекулы воды, расположенные в полярных областях Луны.
Вода была обнаружена благодаря трем различным космическим летательным аппаратам, в количестве, которое превосходит прогнозируемые величины. Однако воды, которую там удалось найти — все равно не слишком много. Кроме того, гидроксильные группы и молекулы, состоящие из атомов кислорода и атомов водорода были найдены в Лунном грунте.
Наблюдения проводились посредством лунного минералогического картографа, принадлежащему НАСА, который установлен на борту летательного космического аппарата Чандраяан -1, что относится к Индийскому управлению исследований космического пространства. Открытие было подтверждено двумя аппаратами НАСА Кассини, а также Эпокси. Один из молодых Лунных кратеров был рассмотрен минералогическим лунным картографом. На изображении указаны в синем цвете ископаемые, изобилующие водой.
Джим Грин, руководитель отдела по изучению планет в штаб квартире НАСА, отмечает, что для ученных водяной лед на Луне долгие годы считался чем-то наподобие Сятого Грааля, который все пытаются найти. Открытие удалось сделать благодаря международному сотрудничеству Индийского управления и НАСА.
Современный спектрометр, уверенно восседая на своей лунной орбите, выполнял измерения света, который отражается от поверхности Луны, в инфракрасном спектре. При этом спектральные цвета Лунной поверхности расщеплялись на довольно малые составляющие части, дабы предоставить ученным новый уровень детализации состава поверхности. Далее, полученные данные были проанализированы группой исследователей в М3. После анализов был обнаружен факт того, что спектры впитывают отраженный свет так, как это характерно для молекул воды, а также гидроксильных групп.
Однако говоря о воде на Луне, не стоит представлять озера, или даже лужи. В этом случае имеются ввиду гидроксильные группы и молекулы воды, которые непосредственно взаимодействуют с молекулами из скальных пород, а также пылью, что располагаются в верхнем слое лунной поверхности. Толщина такого слоя не превышает несколько миллиметров.
Группой М3 были обнаружены водные молекулы и гидроксильные группы, не на одном, а на многих разных участках, которые освещает Солнце. Ученые предполагали и ранее наличие молекул воды на Луне, еще в 1999 году, что следовало из полученных данных с аппарата Кассини, который пролетал над Луной на малой высоте. Однако те данные все еще не опубликованы.
В большей степени признаки наличия воды проявляются на высоких, холодных широтах Луны, в местах, ближе расположенных к полюсам спутника.
Хотя присутствие воды на Луне установлено, однако в каком количестве — пока сказать сложно. Есть лишь предположение, что в грунте Луны может содержаться около 1000 миллионных водных молекул. Говоря проще, если собрать одну тонну лунного грунта, из него можно выжать 32 унции воды.
Дабы подтвердить полученные данные — ученные обратились к миссии аппарата Эпоки. Аппарат пролетал над Луной в июне 2009 года, следуя к комете Хартли 2. Встреча с кометой планировалась на ноябрь 2010. Эпоки смог не только подтвердить полученные данные с других аппаратов VIMS (расшифровывается как Visual and Infrared Mapping Spectrometer) и М3, но также привнес в них дополнительные сведения, и смог их расширить. Данные всех аппаратов являются хорошо согласованными между собой, о чем рассказывает Роджер Кларк, ученый, работающий в отделе, занимающиеся геологическими изысканиями, расположенном в Денвере.
Джессика Саншай поведала, что Эпокси обладает фотосъемкой в достаточно широком спектральном диапазоне. Снимки были сделаны над северным полюсом Луны. Ученным удалось определить распределение гидроксильных групп и воды в виде температуры, состава, времени суток и широты.
Сама же госпожа Саншайн занимает должность заместителя главного в группе по исследованиям комического пространства посредством космического аппарата Эпокси. Кроме того Саншайн является ученым в исследовательской группе М3. По ее словам, проведенный анализ безоговорочно подтверждает факт присутствия водных молекул на поверхности Луны. Кроме того, по всей видимости, вся большая часть лунной поверхности подвержена гидрации в течении как минимум некоторого суточного отрезка на Луне.
Однако новое открытие, как и следовало ожидать, рождает ряд новых вопросов, к примеру о том, откуда берут свое происхождение лунные молекулы? Какое влияние будет оказано молекулами воды на лунную минералогию, в общем. Следовательно, подобные вопросы станут предметом изучения для ученых еще долгие последующие годы.
