На черный день

Почти ровно год назад Американское космическое агентство (NASA) направило один из своих зондов стоимостью в миллионы долларов прямо в лунный кратер. Зонд врезался в спутник со скоростью 2,5 километра в секунду и разбился вдребезги. Странное решение NASA объясняется вовсе не тем, что его сотрудники сошли с ума. Бомбардировка поверхности космических объектов какими-нибудь тяжелыми объектами - очень хороший способ их изучения.

Особенно эффективно он работает в случае с космическими телами небольшой массы, а значит, и с небольшим гравитационным притяжением. При ударе посланного с Земли "снаряда" о поверхность, например, кометы, вокруг точки падения разлетаются пыль и осколки составляющего ее материала. Если гравитация "жертвы" невелика, то поднявшееся облако надолго зависает над ее поверхностью, и его можно исследовать. Дополнительную привлекательность этому методу изучения космоса придает его дешевизна (по сравнению с другими методами, например пилотируемыми миссиями).

Жертвы науки

В 2005 году NASA использовало метод космической бомбардировки для изучения кометы Темпеля 1. Зонд Deep Impact сбросил на ее поверхность медную болванку массой около 370 килограммов. Спектрометр зонда проанализировал состав образовавшегося в результате столкновения облака, и, изучив переданные им данные, ученые обнаружили в составе кометного вещества соединения кремния, соли угольной кислоты, сульфиды металлов, а также полициклические (состоящие из нескольких колец) углеводороды.

Столь успешный итог миссии Deep Impact (настолько успешный, что ее продлили) способствовал тому, что ученые решили исследовать подобным образом Луну, причем в земной спутник должны были врезаться сразу два снаряда. Одним, как было написано выше, стал зонд LCROSS (Lunar Crater Observation and Sensing Satellite - спутник для исследования и зондирования лунных кратеров), а вторым, под названием Centaur - верхняя ступень ракеты-носителя Atlas V , которая вывела зонд на орбиту. Точнее, первым столкнуться с Луной должна была именно ступень, не оснащенная никакими научными приборами. На изучение поднявшегося при падении ступени облака у следовавшего прямо за ней LCROSS было всего четыре минуты, а затем его также ждала гибель. Продолжить изучение состава грунта, поднятого обоими снарядами, должен был зонд LRO (Lunar Reconnaissance Orbiter - орбитальный разведывательный лунный зонд), обращающийся по орбите Луны.

В качестве "кладбища" для LCROSS и Centaur был выбран кратер Кебеус (Cabeus). Он привлек ученых, во-первых, своей глубиной, а, во-вторых, тем, что в его стенке есть отверстие, через которое поднятая снарядами пыль может попасть наружу. Кроме того, изучая Кебеус при помощи орбитальных зондов, исследователи обнаружили в его жерле большое количество водорода - элемента, входящего в состав воды. По его наличию астрономы судят о присутствии самой H₂O.

У читателя может возникнуть вопрос, почему вообще ученые решили кидать снаряды в кратер, а не просто на поверхность Луны. Все-таки попасть в относительно небольшое отверстие, да еще находящееся на расстоянии 384 тысячи километров от Земли, непросто даже с учетом того, что современные приборы весьма совершенны. Дело в том что, анализируя пыль, поднятую с поверхности, ученые исследуют только состав поверхности. Пыль из кратеров несет информацию о веществах, содержащихся в недрах земного спутника. Кратеры появляются на небесных телах при падении на них метеоритов или комет, которые "выбивают" часть "внутренностей" пострадавших небесных тел наружу. А так как в жерла кратеров не проникает солнечное излучение, попавшие туда вещества не возгоняются и не разрушаются.

"Атака" на Луну была назначена на 9 октября 2009 года. Происходящие в районе кратера Кебеус события, запечатленные сначала камерами LCROSS, а потом LRO, транслировались в прямом эфире NASA TV и еще несколькими каналами. После проведенной Американским космическим агентством рекламной кампании за падением снарядов следили сотни людей, однако ожидаемого эффекта не получилось. Собственно моменты столкновения ступени и зонда с поверхностью показаны не были, и обещанное учеными красивое облако также не поднялось. Подробнее о том, как развивались события год назад, можно прочитать тут.

Тем не менее, оба снаряда попали в цель. Уже через два месяца после бомбардировки специалисты, анализирующие собранную обоими зондами информацию, объявили, что в поднятой при падении пыли есть вода. И вот теперь ученые представили более полный анализ переданных данных – в четверг, 21 октября, в журнале Science появилось сразу пять публикаций, в которых исследователи привели доказательства существования на Луне огромного количества различных веществ.

Изобилие

Начнем с воды. Более тщательная обработка данных подтвердила, что в жерле Кебеуса есть H₂O, но ее оказалось заметно больше, чем ученым показалось сначала. При первичном анализе концентрация воды в выброшенном из кратера веществе была оценена в один процент. Теперь выяснилось, что ее содержание в 5,6 раза больше. На первый взгляд кажется, что 5,6 процента воды – это не очень много. Но кое-где на Земле - например, в пустыне Сахара, воды почти вдвое меньше. Факт, что некоторые места на Луне более обводнены, чем некоторые места на Земле, еще совсем недавно казался совершенной фантастикой.

Более того, если содержание воды на всей поверхности Луны окажется приблизительно одинаковым, то потенциальные лунные колонисты смогут забыть о необходимости ждать регулярные рейсы с водой с Земли. Теоретически, они смогут добывать воду непосредственно из лунного грунта с выходом 45 литров на тысячу килограммов. Не исключено, что получать H₂O на Луне будет проще, чем считалось – вода (в форме льда) входит в состав небольших гранул, которые легко обрабатывать.

Помимо воды в лунном грунте обнаружилось столько различных веществ, что их вполне может хватить на приличную химическую лабораторию. В поднявшемся при падении снарядов облаке содержится около 570 килограммов моноксида углерода, 140 килограммов молекулярного водорода, 160 килограммов кальция, 120 килограммов ртути и 40 килограммов магния.

Кроме того, в спектре поглощения выброшенного из кратера вещества были найдены две линии, указывающие, что в лунном грунте присутствует серебро. Эти линии появились в спектре через несколько секунд после удара одного из снарядов о Луну, и это означает, что серебро залегает непосредственно под поверхностным слоем грунта. Ранее ученые уже находили следы серебра в образцах лунного грунта, привезенных на Землю астронавтами миссии "Аполлон", однако новые данные указывают, что концентрация этого элемента намного выше, чем выявленные тогда 100 частей на миллиард.

На Земле серебро концентрируется до заметных количеств в результате геологических процессов - в частности, его приносят потоки речной воды. Исследователи предложили несколько гипотез для объяснения обилия серебра и других элементов в лунных кратерах. Одна из них предполагает, что в вакууме и холоде Луны серебро, ртуть и другие нелетучие на Земле вещества приобретают большую “легкость”. Вместе с более летучими молекулами, вроде водорода или моноксида углерода, они перемещаются по лунной поверхности до тех пор пока не окажутся в жерле кратера или другом месте, где температура намного ниже средней температуры Луны (в жерле кратера Кебеус она опускается до минус 233 градусов Цельсия). При таком морозе любые тепловые движения практически полностью прекращаются, поэтому молекулы различных веществ постепенно накапливаются на лунных "полюсах холода".

На вопрос о том, как все эти многочисленные вещества в принципе оказались на поверхности Луны, также может быть несколько ответов. Один предполагает, что кальций, ртуть и все прочие элементы были занесены на Луну кометами и метеоритами. Согласно второй версии, земной спутник может быть куда более активным, чем принято думать, и в его недрах до сих пор протекают химические процессы. Ученые не исключают, что лунные запасы сформировались с участием обоих этих процессов.

Вероятно, нынешние публикации в Science - не последние, в которых приводятся результаты анализа лунного грунта, и гибель зонда LCROSS принесет ученым еще немало новых знаний о Луне. Они не только помогут исследователям уточнить свои представления о формировании и эволюции земного спутника. Не исключено, что в будущем люди вернутся на Луну, и тогда им очень пригодятся эти знания.