Международная группа геологов из Университета Мэриленда, Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли и Гавайского университета установила, что подповерхностные залежи водяного льда на Луне можно находить с помощью сейсмических волн. Работа опубликована в журнале Science Advances.
Метод пришелся как раз кстати: NASA готовится отправить астронавтов к южному полюсу Луны в 2028 году, и умение точно определять лед на месте станет решающим для долгосрочных миссий.
Главные мысли за 1 минуту
- Сейсмические волны распространяются в мерзлом лунном грунте в 2-3 раза быстрее, чем в сухом реголите, что позволяет выявлять ледяные линзы.
- Новый метод может оценить не только наличие льда, но и его примерное количество.
- Крупнейшие залежи льда находятся в постоянно затененных кратерах южного полюса Луны, где температуры остаются экстремально низкими миллиарды лет.
- Проверка на земных аналогах и компьютерное моделирование подтвердили, что лед оставляет измеримые следы в сейсмических данных.
- Проверить метод в деле поможет китайская миссия "Чанъэ-7", которая доставит сейсмометр к кратеру Шеклтон в конце 2026 года.
Почему лунный лед превратился в главный приз космических программ
В постоянно затененных кратерах южного полюса Луны температура остается чрезвычайно низкой на протяжении миллиардов лет. Именно там, по предположениям ученых, сосредоточены крупнейшие запасы водяного льда. Такой ресурс считается одним из самых ценных для будущих долговременных экспедиций.
После плавления и очистки лед может стать источником питьевой воды, а при электролизе из него получают кислород для дыхания и водород для производства ракетного топлива. Собственные запасы воды позволят существенно сократить объем грузов, которые придется доставлять с Земли.
Соавтор исследования, доцент кафедры геологии, экологии и планетологии Университета Мэриленда Николас Шмерр отмечает: для будущих исследователей Луны крайне важно определить, какие местные ресурсы можно использовать непосредственно на месте.
Экипажи будут ограничены тем, что смогут привезти с собой, поэтому любые доступные материалы помогут обеспечить длительное пребывание людей на поверхности и создание постоянных лунных баз.
Сейсмический метод: как отличить лед от пустоты
Сегодня точное количество водяного льда на Луне и его расположение остаются неизвестными. Орбитальные аппараты способны исследовать только верхний слой лунного реголита, тогда как основные залежи могут находиться значительно глубже. Новый метод призван закрыть эту брешь.
Исследователи исходили из того, что грунт, содержащий лед, и сухой реголит по-разному реагируют на прохождение сейсмических волн. Лед делает материал более жестким, поэтому колебания распространяются в два-три раза быстрее, чем через сухой грунт.
Кроме того, насыщенные льдом участки способны отражать часть сейсмической энергии, создавая своеобразное эхо. Установленный на Луне сейсмометр сможет зарегистрировать эти различия и не только подтвердить наличие льда, но и приблизительно оценить его количество.
Проверка на Земле: от вулканической породы до температурных моделей
Чтобы проверить гипотезу, ученые использовали несколько независимых подходов. Руководитель исследования Харрисон Лизабет, специалист по физике горных пород из Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли, заморозил вулканическую породу из Аризоны, которая после измельчения по своим свойствам близка к лунному реголиту. Затем с помощью рентгеновского излучения он проследил, каким образом лед заполняет мельчайшие промежутки между отдельными частицами грунта.
Соавтор исследования Мэттью Зиглер из Гавайского университета построил подробные температурные модели южного полюса Луны и определил кратеры, температура которых оставалась достаточно низкой для сохранения льда на протяжении миллиардов лет.
В свою очередь Николас Шмерр выполнил компьютерное моделирование небольших лунотрясений и их распространения через подповерхностные ледяные отложения. Во всех моделях лед оставлял хорошо различимые и измеримые следы в сейсмических данных.
Лед как летопись Солнечной системы
Помимо практической пользы для будущих экспедиций, такие исследования имеют большое научное значение. Постоянно затененные кратеры Луны представляют собой естественные «морозильники», в которых вода и другие летучие вещества могли сохраняться практически без изменений миллиарды лет. Возраст большинства лунных пород достигает примерно 4 миллиардов лет, поэтому изучение древнего льда способно дать уникальную информацию о ранней истории Солнечной системы.
Николас Шмерр подчеркивает, что Луна стала свидетелем важнейших событий, связанных с появлением воды во внутренней части Солнечной системы. Анализ древних ледяных отложений может помочь понять, каким образом вода распространялась между планетами и как в конечном итоге сформировались земные океаны.
Когда сейсмометры впервые послушают Луну
Проверить выводы исследователей удастся уже в ближайшие годы. Китайская миссия «Чанъэ-7», которая должна совершить посадку в районе кратера Шеклтон в конце 2026 года, доставит на поверхность Луны сейсмометр. В окрестностях этого кратера предполагается наличие многочисленных залежей льда.
Позднее, в 2028 году, астронавты программы «Артемида» могут установить на Луне станцию Lunar Environmental Monitoring Station, предназначенную в том числе для проведения сейсмических исследований.
Ученые подчеркивают, что их работа создает основу для будущих наблюдений. До настоящего времени никто еще не проводил прямых измерений лунного льда с помощью сейсмических методов, однако теперь исследователи получили четкое представление о том, какие сигналы следует искать. Данная работа, по мнению авторов, становится первым важным шагом к точному картированию запасов воды на Луне.
