Льда на Луне ещё больше, чем думали

Залежи льда в реголите (лунной пыли) и горных породах на естественном спутнике нашей планеты куда богаче, чем считалось ранее. Утверждать так позволяет новый анализ данных, поступающих с автоматической орбитальной станция NASA Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO), которая представляет собой искусственный спутник Луны.


Лёд рассматривают как ценнейший ресурс для будущих лунных экспедиций с участием человека. Вода понадобится будущим поселенцам-исследователям и как питьё, и для выработки пригодного для дыхания воздуха, и для защиты от радиации, и чтобы расщеплять её на водородные и кислородные компоненты для производства ракетного топлива, и для получения энергии.

В ходе предыдущих исследований признаки льда находили в постоянно затенённых из-за нехватки солнечного света районах Луны, которые для краткости обычно называют PSR. Их выявили вблизи Южного полюса, в том числе внутри ударных кратеров Кабео, Хауорт, Шумейкер и Фаустини.

Новое исследование показало, что многочисленные признаки водяного льда наблюдаются в PSR не только на Южном полюсе, но и, по крайней мере, на 77-м градусе южной широты Луны. Об этом сообщил представитель НАСА Тимоти МакКланахан.

Открытие должно помочь планам будущего лунного проекта картографированием мест, где выше вероятность обнаружить лёд. PSR обычно встречаются в низинах вблизи лунных полюсов, на которые не падал свет уже миллиарды лет, отчего там постоянно очень низкая температура. Компьютерная модель показала, что наибольшая концентрация льда вероятна вблизи самых холодных мест в PSR, с температурой ниже −198 °C, и у основания склонов в PSR, обращённых к полюсу.


— МакКланахан.

В ходе исследования также нанесли на карту участки, где следует ожидать более скудных отложений льда. Они должны находиться в более тёплых районах, то есть освещаемых хотя бы время от времени.

Считается, что лёд очутился в лунной пыли при столкновении с кометами и метеоритами. Также есть гипотеза, что он просочился в виде пара из недр Луны или отложился в результате химических реакций, которые протекали в реголите между водородом и кислородом при участии солнечного ветра.

Считается, что падение метеоритов, космическая радиация или солнечный свет вышибали или выпаривали молекулы льда из реголита, которые затем кочевали по поверхности Луны, пока не застывали в PSR, скованные экстремальным холодом. Постоянно холодные участки могут сохранять молекулы льда вблизи поверхности, быть может, уже миллиарды лет в виде залежей, перспективных для добычи. Напротив, предполагается, что лёд быстро исчезает под воздействием прямых солнечных лучей.

Учёные использовали установленный на LRO прибор Lunar Exploration Neutron Detector (LEND), чтобы выявить признаки льда. В частности, специалисты задействовали встроенный в LEND датчик нейтронов CSETN, который охватывает за раз участки Луны диаметром по 30 км.

Нейтроны выделяются под воздействием высокоэнергетических межгалактических лучей. Те возникают, в свою очередь, после мощных событий в космосе, например, при взрывах звёзд. Поверхность Луны реагирует на лучи расщеплением атомов реголита и рассеиванием нейтронов, то есть субатомных (размерами меньше атома) частиц. Нейтроны могут исходить с глубины примерно в метр, пробиваясь при этом сквозь реголит и натыкаясь на другие атомы. В общем, некоторые из них в итоге направляются в космос, где их можно обнаружить с помощью LEND.

Поскольку у водорода примерно та же атомная масса, что и у нейтрона, столкновение с водородом приводит к потере нейтроном сравнительно большего количества энергии, чем при взаимодействии с элементами в составе реголита. Таким образом, там, где водород присутствует в реголите, его концентрация приводит к соответствующему уменьшению наблюдаемого количества нейтронов.

Эти явления позволили предположить — если все PSR имеют равную пропорцию с водородом, то CSETN должен определять их по концентрации этого элемента и в зависимости от площади. То есть от более обширных PSR следовало ожидать данных о большем количестве водорода.


— МакКланахан.

В итоге соотношение оказывалось предсказуемо слабым при обзоре небольших PSR, но усиливалось с увеличением площади таких постоянно затенённых участков Луны.