Как на луне воду нашли

Китайские учёные разобрались, откуда на поверхности Луны берётся вода

Исследовательская группа под руководством профессора Ху Сена из Института геологии и геофизики (IGG) Китайской академии наук (CAS) обнаружила, что стеклянные гранулы ударного происхождения, найденные в лунном грунте автоматической станцией Чанъэ-5 (CE5), содержат некоторое количество воды. Работа была опубликована в журнале Nature Geoscience.

Детальные исследования показывают, что эти стеклянные шарики можно назвать хранилищем воды на Луне. За их счёт происходит динамическое поступление и отток воды. Она появляется в результате воздействия солнечного ветра. Шарики работают как буфер в цикле круговорота воды на лунной поверхности.

Многие лунные миссии подтвердили наличие на Луне воды в виде водяного льда или плёнки на поверхности минералов. Уже мало кто сомневается в том, что на большей части поверхности Луны можно найти воду, хотя её там, конечно, намного меньше, чем на Земле.

Поверхностная вода на Луне колеблется в течение суток, и испаряется в космическое пространство. Следовательно, чтобы на поверхности Луны вода периодические появлялась, в лунных почвах должен быть какой-либо гидратированный слой или резервуар. Однако предыдущие исследования мелких минеральных зёрен в лунных почвах и вулканических породах не могли объяснить круговорот воды на поверхности Луны. Получается, в лунных почвах должен существовать не найденный до сих пор резервуар воды.

Китайские учёные предположили, что стеклянные гранулы ударного происхождения — повсеместно распространённый компонент в лунных почвах – это потенциальный кандидат на роль такого резервуара.

У стеклянных гранул ударного происхождения однородный химический состав и гладкая поверхность. В одном грамме таких гранул может содержаться до 2000 мкг воды, и одновременно там содержится очень мало дейтерия. Отрицательная корреляция между количеством воды и количеством дейтерия говорит о том, что вода в этих гранулах возникает за счёт солнечного ветра.

«Эти результаты свидетельствуют о том, что стеклянные гранулы ударного происхождения на поверхности Луны и других безвоздушных тел Солнечной системы способны накапливать воду, полученную в результате солнечного ветра, и высвобождать её в космос», — подытожили учёные.

Луна усеяна крохотными стеклянными шариками, которые сформировались за миллиарды лет, когда грунт, выброшенный во время падения астероидов, остывал и опускался обратно на лунную поверхность. Анализ лунных образцов, доставленных на Землю китайским зондом «Чанъэ-5», показал, что эти шарики содержат значительное количество воды, пишет Space.com. Исследование опубликовано в Nature Geoscience.

Стеклянные шарики найдены в лунном реголите, который «Чанъэ-5» доставил в декабре 2020 года на Землю.

Ученые считают, что миллиарды лет назад Луна была совершенно сухой. Но солнечный ветер, поток заряженных частиц, постоянно исходящий от Солнца, привел к образованию в поверхностных слоях Луны воды. Эти реакции продолжают происходить и сегодня: атомы водорода, присутствующие в солнечном ветре, связываются с молекулами кислорода в лунном реголите и образуют молекулы воды. Это начало круговорота воды на Луне. Часть этой воды испаряется, когда поверхность спутника нагревается солнечным светом. Затем, в течение лунной ночи, поверхность регидратируется, то есть вода возвращается. Источником этой регидратации, однако, не может быть солнечный ветер — он «работает» очень медленно.

Новое исследование предполагает, что скрытым резервуаром могут служить стеклянные шарики. В этих шариках было обнаружено гораздо больше воды, чем ожидалось. Анализ показал, что значительное количество жидкости скапливается внутри этих шариков в течение нескольких лет и может быстро высвобождаться.

По оценкам, до 270 триллионов литров воды может находиться в верхних 12 метрах поверхности Луны. Химический состав воды в шариках соответствует типу, образующемуся при взаимодействии с солнечным ветром, так как содержит изотопы водорода, присутствующие на Солнце.

Исследователи считают, что стеклянные шарики могут служить удобным ресурсом для добычи воды на будущей лунной базе, а также для производства ракетного топлива на поверхности Луны.

По какому времени будут жить земляне на лунной базе?

Странные магнитные аномалии на Луне наконец объяснены

Инженеры создали кирпичи из реголита

Команда астрономов из Гавайского университета, Брауновского университета и Исследовательского центра Эймса в Кремниевой долине нашла доказательства наличия воды на полюсах Луны. Она скрывалась в тени кратеров — там, куда не добирается солнечный свет.

По словам ученых, количество и распределение водяного льда по поверхности спутника Земли заметно отличается от других объектов в Солнечной системе, где вода была найдена ранее. Это связывают с уникальностью процесса формирования Луны.

Ледовые изыскания

На этом моменте стоит углубиться в историю поиска льда на спутнике. В 70-е годы его пытались обнаружить в лунном грунте, который доставляли американские астронавты. Попытки были успешны, но содержание воды в почве стремилось к нулю, составляя ровно 1%. Затем советские ученые также нашли признаки наличия H₂O, но они оказались совсем незначительными. Исследователи едва ли не отчаялись, решив, что вся вода, которая могла бы существовать на этапе формирования спутника, улетучилась в космос миллиарды лет назад. 

Тем не менее, надежда на успех не исчезала. Программа Apollo предусматривала проведение сейсмических экспериментов на Луне, которые могли бы помочь в обнаружении воды. Однако они лишь подтвердили гипотезу о сухой Луне.

Исследования на этом не свернулись, любопытство по отношению к лунным полюсам росло, а маневры, которые проводились в течение 25 лет, начиная с миссии Clementine, как американскими, так и российскими учеными, в итоге подтвердили догадки о существовании воды на полюсах спутника. 

«Похоже, нам не стоит “распыляться” по всей поверхности Луны. Нужны только некоторые регионы с высокой концентрацией водорода, чтобы получить доступ к достаточному количеству льда, которое будет отвечать всем потребностям в течение 30 лет», — отмечал Фил Мецгер, физик из Университета Центральной Флориды и один из основателей команды Swamp Works в подразделении Космического центра NASA им. Кеннеди.

Нахождение льда, кажется, было всего лишь вопросом времени. Некоторые регионы на полюсах спутника сохраняют стабильную температуру -230 градусов Цельсия. Солнечный жар, нагревающий Луну в среднем до +123 градусов Цельсия, никогда не достигает этих местностей. Именно там лед и мог сохраниться.

Польза вечной мерзлоты

Последние новости гласят, что лед все-таки нашли с помощью картирующего спектрометра М3 (Moon Minearology Mapper), отправленного к Луне в 2008 году вместе с индийским спутником «Чандраян-1». Однако пока что никто из ученых лунный лед своими глазами не видел. 

По словам Джули Бриссе из Космического института Флориды, открытие может поменять ближайшие планы по колонизации планет Солнечной системы. Пока ученые смотрят на Марс, Титан (спутник Сатурна) и Европу (спутник Юпитера), совсем рядом с нашей родной планетой вырисовываются фантастические возможности для будущих колонизаторов.

Помимо того, что лед пригодится для будущих долгосрочных миссий на спутнике — его можно растопить и использовать для бытовых нужд, а также поливать им растения на лунных базах, — с его помощью можно производить ракетное топливо прямо на Луне.

Расщепляя лунную воду на водород и кислород, есть возможность значительно сократить финансовые затраты на производство топлива на Земле и заправлять ракеты прямо в космосе.

«Идея в том, чтобы создать некую логистику за пределами Земли, которая облегчит перемещение космических кораблей в пространстве», — добавила Джули.

Кроме того, ледяные запасы на Луне помогут значительно уменьшить размер земных ракет. Издание The Verge  уточняет, что сейчас топливо занимает большую часть ракеты, готовящейся к запуску. Чем глубже в космическое пространство должен проникнуть аппарат, тем больше требуется топлива. 

Вот почему добыча воды на Луне так соблазнительна для ученых. Этот ресурс можно транспортировать в хранилище близ земного спутника или на околоземную орбиту. Тогда с Земли будут улетать компактные ракеты, пространство внутри которых грамотно использовано для лабораторий, жилых отсеков, запасов провианта и медикаментов.

Отрываясь от Луны

Преимущество лунного льда заключается не только в новых возможностях для дозаправки ракет в космосе, но и в транспортировке полученного из него топлива в другие точки Солнечной системы. Эти далекоидущие планы блестят в воображении ученых так же ярко, как мог бы блестеть лед на Луне, не будь он надежно скрыт под пыльным грунтом.

Гравитация Луны в шесть раз слабее земной, а это значит, что для запуска ракет с запасами топлива требуется гораздо меньше энергии. Профессор из Колорадской горной школы Джордж Соуэрс недавно проанализировал финансовые затраты на транспортировку топлива со спутника Земли в разные точки Системы и убедился, что этот способ на 20-30% облегчит бремя космической экономики.

Хранение топлива на околоземной орбите открывает множество возможностей для новых миссий в космосе. Один из проектов — некоторое подобие космического буксира, который будет отправлять аппараты с телескопами в разные точки галактики, дозаправляя их за пределами Земли. Это значительно увеличит их скорость, и, опять же, сократит расходы.

Так что словосочетание «лунно-водное топливо» весьма привлекательно звучит в контексте прогресса в космической отрасли. Однако добыть его будет непросто. Для начала нужно профинансировать обширную поисковую кампанию — исследовать предполагаемые районы со льдом будут многочисленные роверы, которые помогут выяснить его консистенцию и пригодность к использованию. «Мы не знаем, как разработать оборудование для извлечения льда. Пока что неизвестно, какой комплект необходим для этого», — добавляет Мецгер.

Кроме того, чтобы получить выгоду от лунного льда, землянам придется существенно вложиться в добычу и связанные с ней исследования. По оценкам Мецгера и Соуэрса, на то, чтобы инвестирование окупилось, уйдет около 10 лет.

Тем не менее, у льда, на который еще не ступала нога человека, уже вырисовывается важное предназначение: топливный потенциал лунной воды в итоге приведет человечество к колонизации Марса и проложит путь к более далеким объектам Солнечной системы.