Поиск замерзшей воды на Луне

Несколько веков назад всё казалось понятным. На первых картах Луны уже были «моря» (Море Ясности, Море Дождей, Море Холода, Море Нектара, Море Спокойствия и т.д.) и даже «океан» (Океан Бурь). Так астрономы назвали хорошо видимые с Земли невооруженным глазом тёмные участки лунной поверхности, будучи совершенно уверенными, что они заполнены водой. На самом деле эти моря оказались безводными.

В наше время каждый школьник знает, что при царящих на Луне физических условиях вода в жидком состоянии существовать на её поверхности не может. Но воду на Луне упорно ищут. Землянам она очень нужна, ведь человечество не оставляет надежду освоить спутник нашей планеты. Хочется верить, что не за горами создание на Луне космодромов, обсерваторий с мощнейшими телескопами, баз для их обслуживания, разведки и добычи редких полезных ископаемых. Вода понадобится и для питья, и для технических нужд, и для пополнения запасов кислорода.

Сейчас на Луне ищут не обширные водные бассейны, а лёд, который может находиться в защищённых от лучей Солнца местах, например на дне некоторых лунных кратеров. Кроме того, учёные пытаются обнаружить признаки воды, находящейся в связанном состоянии в химических соединениях.

Сорок с лишним лет назад на Луне побывали американские астронавты и советские автоматические станции. Астронавты шести американских экспедиций, работавших по программе «Аполлон», привезли на Землю более 380 кг лунного грунта. Анализ образцов будто бы свидетельствовал о наличии в них некоторого количества воды, но этот результат сочли сомнительным, поскольку контейнеры оказались разгерметизированными и вода могла появиться в них уже в земной атмосфере.

В 1972 году полёты на Луну, а с ними и поиски воды надолго прекратились, а потом возобновились с новой силой. В 1994 году с борта американского искусственного спутника Луны «Клементина» проводились радарные исследования разных участков лунной поверхности, в частности ударного кратера Эйткен, в 100 км от Южного полюса. Крупнейший кратер не только на Луне, но и во всей Солнечной системе (диаметр 2500 км, глубина 13км) назван в честь известного исследователя двойных звёзд Роберта Гранта Эйткена. От этого, как считают, самого холодного места был получен отражённый радиосигнал, аналогичный сигналу от земных арктических льдов. Но данные «Клементины» в дальнейшем не получили подтверждения.

В 1998 году другой американский космический аппарат — «Лунар Проспектор» — передал на Землю данные о наличии льда в полярных областях Луны. Согласно показаниям приборов, вблизи лунных полюсов, скорее всего, нет сплошного ледяного покрова, а замёрзшая вода может содержаться в лунном грунте, называемом реголитом. 31 июля 1998 года «Лунар Проспектор» по команде с Земли врезался в один из глубоких кратеров вблизи Южного полюса. Учёные надеялись обнаружить пары воды в спектре выброшенных после удара частиц, но сделать это тогда не удалось.

Поиском льда на Луне занимались и другие космические аппараты. Некоторые из них исследовали Луну попутно, пролетая мимо. Например, главной целью автоматической межпланетной станции (АМС) «Кассини», запущенной 15 октября 1997 года, была не Луна, а Сатурн с его многочисленными спутниками. Попутно АМС «Кассини» улавливала и исследовала излучение, посылаемое в космос поверхностью Луны.

27 февраля 2005 года первая автоматическая межпланетная станция Европейского космического агентства «SMART-1» стала искусственным спутником Луны и исследовала её до начала сентября 2006 года. В 2009 году успешно начала выполнять лунную программу индийская АМС «Чандраян-1», но её многообещающая миссия была досрочно прекращена из-за нарушения в работе электроники.

Из данных, переданных на Землю с борта космических аппаратов, следовало, что на Луне есть либо замёрзшая вода, либо другие соединения, содержащие гидроксильные радикалы. Но этот вывод вовсе не исключал необходимости дальнейших исследований и экспериментов.

Новым важным этапом в изучении Луны и поиске на ней льда стал запуск двух американских АМС — «Lunar Reconnaissance Orbiter» («Лунный орбитальный разведчик») и «LCROSS» («Lunar Crater Observation and Sensing Satellite» — спутник по наблюдению и детектированию лунных кратеров). Обе станции вывела в космос ракета «Атлас-V» 18 июня 2009 года. Через пять дней АМС «Лунный орбитальный разведчик» вышла на орбиту искусственного спутника Луны. Ещё через пять дней АМС «LCROSS» с последней ступенью ракеты-носителя поднялась на высокоэллиптическую околоземную орбиту. Она временно стала искусственным спутником Земли, облетавшим нашу планету по очень вытянутой орбите, откуда почти четыре месяца исследовала минералогический состав лунной поверхности и искала на ней лёд.

9 октября 2009 года в рамках этой программы был проведён уникальный эксперимент. АМС «LCROSS» покинула околоземную орбиту и устремилась к Луне, в кратер Кабео (Кабеус) диаметром 98км, глубиной 4 км, расположенный примерно в 100км от Южного полюса и практически никогда не освещаемый Солнцем. На дно кратера сначала упала первая «бомба» — отработавшая ступень «Центавр» (Кентавр) ракеты «Атлас-V» массой 2,2 т. Примерно через четыре минуты туда же упала вторая «бомба». Ею стала АМС «LCROSS» (масса 891 кг), которая перед падением промчалась сквозь поднятое «Центавром» облако пыли, успев сделать необходимые замеры до момента гибели аппарата. В облаке содержалась пыль не только с поверхности дна кратера, но и с глубины до нескольких десятков метров.

На борту АМС «LCROSS» находились три спектрометра, которые определяли химический состав частичек пыли, фотометр, замерявший яркость вспышки от первой бомбы, и пять камер, фотографировавших бомбардировку Луны до момента гибели аппарата. (Подробнее см. «Наука и жизнь» № 12, 2009 г., с. 28—29.) За экспериментом велись наблюдения не только с борта «Лунного орбитального разведчика», но и с помощью космического телескопа им. Э. Хаббла, некоторых научных искусственных спутников Земли и крупнейших наземных телескопов, находящихся в обсерваториях на Гавайях, в Калифорнии, Аризоне и Нью-Мексико.

Американские исследователи считают, что им всё-таки удалось найти некоторое количество воды в облаке лунной пыли. Они впервые объявили эту новость 13 ноября 2009 года. Организаторы столь грандиозного эксперимента, конечно, постарались исключить возможность того, что обнаруженная ими примесь воды привнесена «Центавром».

После этого эксперимента «Лунный орбитальный разведчик» продолжил исследовать Луну с полярной окололунной орбиты. На борту космического аппарата установлен российский прибор ЛЕНД (LEND, Lunar Exploration Neutron Detector) — лунный исследовательский нейтронный детектор, предназначенный для поиска замёрз-шей воды. Это усовершенствованный вариант российского прибора ХЕНД (HEND, High Energy Neutron Detector) — детектора нейтронов высоких энергий, который с 2001года работает на одном из американских искусственных спутников Марса. Оба российских прибора способны обнаружить слой льда толщиной несколько миллиметров на глубине 1—2м под поверхностью исследуемого небесного тела. ЛЕНД начал работать на орбите искусственного спутника Луны 20 июня 2009 года и уже обнаружил в районе Южного полюса большое количество водорода, который может быть признаком наличия там воды в связанном состоянии.

Учёные не только ищут воду на Луне, но и пытаются ответить на вопрос, откуда вообще она могла там появиться. Среди предлагаемых гипотез имеет смысл обратить внимание на две. Согласно первой, воду на Луну могли принести падающие на её поверхность кометы и метеориты. Сторонники второй гипотезы считают, что вода в поверхностных слоях Луны могла появиться в результате воздействия солнечного излучения. При этом учитывается, что содержащиеся в солнечном ветре протоны, врезаясь с огромной скоростью в лунный грунт, способны разрушать молекулы реголита и освобождать кислород, который при соединении с водородом образует молекулы воды. Так или иначе, вода на Луне могла появиться, и землянам остаётся лишь окончательно убедиться в том, что она там есть и сейчас, причём в достаточном количестве. С этой целью лунные космические миссии будут продолжаться. Например, в одном из ближайших космических экспериментов по поиску замёрзшей воды на Луне намечено осуществить бурение дна кратера Кабео.

Ефрем ЛЕВИТАН