Охота за сокровищами на Луне: LRO и поиск воды

Lunar south pole regions that may contain water ice deposits

Бутылка cамой дорогой марки питьевой воды стоит 40 долларов. Она продается в контейнере из матового стекла, украшенного хрусталем. На Луне бутылка самой обыкновенной воды в самой обыкновенной таре, без всякого хрусталя стоила бы 50000 долларов. Именно столько стоит доставка груза весом в полкило на Луну. Вот почему найти воду там, все равно, что найти золотую жилу на Земле.

Ученые уже нашли признаки наличия воды и водорода (компонента воды) в определенных местах Луны. Так как Луна не сильно отклонена от своей оси вращения, вполне возможно, что некоторые глубокие кратеры на ее полюсах не видели солнечных лучей биллионы лет. Эти участки, названные Постоянно Затененными Областями (Permanently Shaded Regions - PSR), имеют очень низкую температуру, - ведь там всегда царит ночь. Вот почему эти места по предположениям ученых могут являться своеобразными ловушками водорода или молекул воды, которая может там накапливаться в виде льда.

Тем не менее, при практически полном отсутствии атмосферы, большая часть Луны суше, чем самая сухая земная пустыня. Так как же в принципе вода может попасть на Луну? Некоторые ученые полагают, что вода появилась из комет. При их падении образовывался пар, который перемещался по поверхности Луны к темным полярным кратерам, превращаясь в лед.

Другие предполагают, что и водород мог накапливаться в поверхности темных кратеров в течение длительного времени. Источник этого водорода - Солнце, - а попадает он на Луну с солнечным ветром. Молекулы водорода непрерывно "сдуваются" с солнечной поверхности и заполняют всю солнечную систему. По составу солнечный ветер - в основном водород.

"Накопления водорода или льда на полюсах могли формироваться обоими путями", - говорит др. Ричард Вондрак (Dr. Richard Vondrak), ведущий ученый в проекте Лунного Орбитального Зонда (Lunar Reconnaissance Orbiter, сокращенно - LRO) НАСА. Кроме множества прочих задач, этот космический аппарат должен помочь в идентификации большинства предполагаемых мест скоплений водорода или льда на Луне.

Лунная вода, разумеется, нужна не только для питья. Как известно она может быть расщеплена на водород, который используется в ракетном топливе, и кислород, т.е. часть воздуха, которым мы дышим. Но даже сосредоточения водорода были бы ценны сами по себе.  Ведь их можно было бы использовать для ракетного топлива или, соединив с кислородом, находящимся в лунной поверхности, получить опять-таки ту же воду.

Это было бы намного дешевле, чем доставлять воду и кислород с Земли. Конечно, такая концепция подразумевает наличие достаточных запасов этих ресурсов на Луне. Но технически это выполнимо.

Однако, без доказательств наличия на Луне воды пока это только принятие желаемого за действительное разработчиками проекта.

Первые признаки были получены от небольшого космического зонда "Клементина", запущенного НАСА и Министерством обороны США в 1994 году. Зонд направлял радиопередатчик на полярные области Луны, а земные антенны принимали отраженные сигналы. "Ученые проекта Клементина считали, что сигналы показывают присутствие льда. Однако некоторые подвергали сомнению подобную интерпретацию, полагая, что твердая лунная поверхность может дать такой же отраженный сигнал", - сказал Вондрак.

Следующие свидетельства поступили от автоматической межпланетной станции Lunar Prospector (Лунный разведчик), запущенной НАСА 7 января 1998 года. Луна постоянно находится под воздействием космического излучения, частиц движущихся со скоростью близкой к скорости света. Эти частицы образованны взрывами на Солнце и в космосе. Ударяясь о поверхность Луны, они, подобно первому удару шара в биллиардной партии, создают массу других частиц. Часть нейтронов, которые, как известно, являются составной частью центра атома и поэтому присутствующих в этих частицах, устремляются обратно в космос.

Именно эти нейтроны и обнаружили приборы Lunar Prospector. Обычно нейтроны, раскиданные в космосе, имеют широкий диапазон скоростей. Однако столкновение с атомом водорода существенно снижают их скорость.

"Нейтрон имеет приблизительно такую же массу, как и атом водорода. Вот почему при соударении с ним нейтрон сразу же теряет большую часть своей скорости, подобно биллиардному шару, останавливающемуся после удара по другому шару", объясняет суть явления Вондрак.

Нейтронные счетчики Лунного разведчика зарегистрировали число нейтронов, движущихся от лунной поверхности со средними скоростями. Над полярными областями счетчики обнаружили снижение числа среднескоростных нейронов. Это означает, что скорость большого количества нейтронов была резко снижена после соударения с атомами водорода. Значит можно предполагать, что на лунных полюсах имеются сосредоточения водорода или даже льда. 

Однако эти данные не говорили ученым водородом или льдом являются эти скопления, при этом не было возможности определения их местонахождения в полярных областях. Лунный орбитальный зонд LRO должен сделать и то, и другое.

На LRO установлена система широкоугольных и высокоразрешающих камер, т.н. Камера Лунного Орбитального Зонда (LROC). Когда орбитальный космический аппарат будет пролетать над лунными полюсами камеры будут постепенно создавать подробную картину полярных областей. Затем ученые, объединят эти изображения, полученные за год нахождения на LRO лунной орбите в фильм, демонстрирующий постоянно затененные области. Эти районы и будут наиболее многообещающими с точки зрения наличия там водорода или льда.

Космический аппарат LRO также имеет нейтронный датчик с гораздо лучшим разрешением, нежели датчик Лунного Разведчика. Нейтронный датчик LRO способен  обнаруживать водородные скопления шириной около 10 километров, что меньше предполагаемых размеров постоянно затененных областей.

Он способен обнаружить накопления водорода или льда на глубине до 1 метра под поверхностью Луны.  Полагают, что эти накопления постепенно заносятся материалом, выбрасывающимся после ударов микрометеоритов (метеориты размером 10-40 микрон), которые постоянно бомбардируют Луну.

"Эти заносы, названные "садоводством", фактически сохраняют накопления, которые иначе уносились бы назад в космос под воздействием космических лучей и ультрафиолетового света от звезд", сказал Вондрак. "Кончено накопления, которые попадают под прямые удары микрометеоритов, выпариваются. Но зона воздействия очень мала - накопления, скорее всего, покрыты материалом от микрометеоритных ударов".

LRO также располагает прибором для измерения температуры на поверхности Луны.  Он будет направлен на постоянно затененные области, чтобы выяснить настолько ли там низкая температура, чтобы эти области биллионы лет могли быть "ловушками" для молекул водорода или воды.

Температура постоянно затененных областей зависит от формы и глубины кратеров. Несмотря на то, что дно кратера может постоянно находиться в тени, возможно, солнце всходит достаточно высоко, чтобы появиться над краями кратера и осветить его стороны. Солнечный свет, отраженный от сторон может попадать на дно кратера и повышать его температуру достаточно для того, чтобы лед испарился до того, как он будет скрыт под заносами.

Так же LRO оснащен системой лазерного ранжирования. Этот прибор назван лазерным высотомером лунного орбитального аппарата. Он фиксирует время, требующееся лазерному импульсу на то чтобы преодолеть расстояние от космического аппарата до лунной поверхности и, отразившись от нее, вернуться назад. Это позволяет определять высоту лунной местности. За год работы на орбите этот прибор должен создать карту рельефа полярных областей Луны с точностью до полуметра по вертикали и 50 метров по горизонтали. Это позволит исключить кратеры, форма которых не позволяет накапливаться в них водороду или льду.

Разумеется, постоянно затененные области будут темными. Задача Картографического Проекта Лайман Альфа LRO - видеть в темноте. Чувствительность будет достаточна, чтобы сделать снимки глубин кратеров, используя свет, отраженный от звезд или  светящегося межзвездного газа (фактически являющегося специфическим типом ультрафиолетового света, названного Лайман Альфа, Lyman Alpha, который, как и весь ультрафиолетовый свет невидим для человеческого глаза). Кроме того, лед на поверхности постоянно затененных областей оставит четкий след в отраженном свете, ясно указывающий на его присутствие.

Экспериментальный радиоприемник и передатчик на борту LRO, названный Mini-RF, так же будет обнаруживать запасы льда, как на поверхности, так и под ней. Запасы льда меняют отраженный радиосигнал определенным образом, выдавая свое присутствие

Вместе с  LRO будет работать космический аппарат, так называемый ударный лунный модуль LCROSS, который будет управляемо обрушен на поверхность полярного кратера. Выброс, поднявшийся после удара с поверхности Луны, будет исследован LRO и земными телескопами на наличие признаков водорода или воды

Фактически будет две возможности теста на воду таким способом, ведь будет два столкновения с лунной поверхностью. Первое - после падения на Луну верхней ступени ракеты, доставившей оба аппарата, LRO и LCROSS, на лунную орбиту. Второй - после падения самого LCROSS.

"Основа миссии LRO - и космический аппарат, и многочисленные приборы, - мы можем подтвердить наличие водорода или воды несколькими независимыми методами", - сказал Вондрак.

Источник: http://www.nasa.gov/mission_pages/LRO/news/water_search.html