40 лет молчания: где «прятался» пропавший советский луноход?

17 ноября 1970 года «Луноход-1» совершил посадку и проработал на поверхности естественного спутника Земли почти год. Он передавал данные, колесил по лунному грунту и успешно выполнял научную программу. А потом наступила очередная лунная ночь, после которой аппарат уже не проснулся, и 4 октября 1971 года связь навсегда прервалась.


С тех пор минули десятилетия. И когда, казалось, история «Лунохода-1» окончательно перешла в разряд архивных воспоминаний, произошло событие, которое заставило ученых во всем мире замереть у терминалов. Советский аппарат вдруг напомнил о себе. И сделал это так ярко, что поразил даже видавших виды исследователей.

Рассказываем, почему легенду не могли найти раньше и что это открытие значит для науки.

Игры ученых с «лазерной указкой»

Но чтобы понять, как «Луноход-1» сумел вернуться из небытия, сначала поговорим о лазерной дальнометрии на Луне. В теории это достаточно просто, но на практике лунная дальнометрия является одним из самых сложных экспериментов в истории космической науки. С Земли в направлении спутника отправляют мощный лазерный импульс, он отражается от специального уголкового отражателя и возвращается обратно.



Время путешествия туда и обратно составляет примерно 2,5 секунды. По нему с высокой точностью вычисляют расстояние до Луны, а затем отслеживают малейшие колебания в ее движении.

Однако дьявол прячется в деталях. С одной стороны, отражатель — это пассивное устройство. Ему не нужно электричество, он не изнашивается от времени в привычном понимании.

Но с другой стороны, зеркало должно быть правильно ориентировано. Если отражающая смотрит не в сторону Земли, сигнал улетает в пустоту. Соответственно, если вы не знаете точного местоположения отражателя, то не можете даже примерно рассчитать, куда целиться.

Именно в такой ситуации оказался «Луноход-1» после того, как замолчал. В отличие от американских миссий «Аполлон», где астронавты оставляли ретрорефлекторы в заранее выбранных и задокументированных точках, советский аппарат прекратил движение в неизвестном районе Моря Дождей. Его конечные координаты были определены с ошибкой в несколько километров.

Для лазерной дальнометрии такая неточность равносильна полной слепоте. Представьте, что вам нужно попасть лазерной указкой в почтовую марку, приклеенную к стене здания, которое находится за сотни километров, а вы не знаете, в каком именно переулке стоит это здание. Шансы на успех близки к нулю.

Поэтому долгие годы считалось, что отражатель «Лунохода-1» навсегда утерян для науки. Более того, специалисты допускали, что за десятилетия пребывания на Луне он мог наклониться, покрыться пылью или вовсе выйти из строя из-за перепадов температур и микрометеоритов.

Тем не менее от идеи найти луноход не отказывались. Время от времени предпринимались попытки засечь отраженный сигнал, но все они заканчивались ничем. До 2010 года.

2000 отраженных фотонов

Прорыв произошел не на Земле, а на лунной орбите. Американский зонд Lunar Reconnaissance Orbiter, оснащенный камерами высокого разрешения, продолжал картографировать поверхность спутника. В 2010 году команда, работавшая с этим аппаратом, сумела разглядеть на снимках не только посадочную ступень «Луны-17», но и сам «Луноход-1». На фотографиях были видны даже следы его колес, оставшиеся нетронутыми за четыре десятилетия: на Луне нет ветра или дождя, которые могли бы их размыть.



Теперь у исследователей появились достаточно точные координаты, чтобы предпринять новую попытку лазерной локации. Группа ученых из обсерватории Апач-Пойнт в Нью-Мексико, которая занималась проектом «Аполлон» по лазерной дальнометрии, направила лазерные импульсы в расчетную точку. Результат превзошел самые смелые ожидания. Сигнал вернулся. И не просто вернулся, он оказался очень ярким.

В первой же попытке детекторы зафиксировали около 2000 отраженных фотонов. Для сравнения: за все годы работы с отражателем «Лунохода-2», который никогда не терялся, лучший результат составлял 750 фотонов. Новый сигнал оказался мощнее почти в четыре раза. Позже в рецензируемом журнале Icarus команда ученых напишет, что французский ретрорефлектор на борту «Лунохода-1» находится в отличном состоянии, несмотря на долгие десятилетия суровой лунной жизни.

Это открытие стало сенсацией не только из-за своей неожиданности. Оно доказало, что пассивные оптические устройства могут сохранять работоспособность на Луне гораздо дольше, чем предполагалось. И что потерянный было аппарат способен приносить пользу спустя почти 40 лет молчания.

Самый долгий проект и последняя тайна первого лунохода

Обнаружение «Лунохода-1» — это не просто новость о возвращении легенды. Это огромный подарок для астрономов всей планеты. Дело в том, что советский аппарат имеет уникальное местоположение. Он застыл ближе к краю видимого диска Луны, чем все остальные отражатели, включая американские и советский «Луноход-2». Эта точка позволила ученым с новой точностью отслеживать либрации. Так называются едва заметные колебания Луны, которые возникают из-за неравномерности ее вращения и гравитационного влияния Земли.

Анализ либраций помогает заглянуть внутрь спутника. Именно с помощью лазерной дальнометрии, в том числе и с участием восстановленного отражателя, удалось подтвердить, что у Луны есть жидкое ядро.

Этот эксперимент остается одним из самых долгоживущих научных проектов, начатых еще во времена программы «Аполлон». Астронавты миссий «Аполлон-11», «Аполлон-14» и «Аполлон-15» установили на поверхности три ретрорефлектора. Затем к ним добавился советский «Луноход-2», а потом, спустя десятилетия, присоединился потерянный «Луноход-1». Все вместе они образуют сеть, позволяющую с миллиметровой точностью отслеживать расстояние между Землей и Луной.



Благодаря этим измерениям ученые выяснили, что Луна постепенно отдаляется от нашей планеты. Скорость этого дрейфа составляет примерно 3,8 сантиметра в год — примерно с такой же скоростью растут ногти у человека. Казалось бы, мелочь, но на миллионах лет эта величина превращается в существенное изменение орбиты. И каждый новый отражатель, особенно расположенный в нестандартной точке, улучшает геометрию эксперимента, делает данные точнее.

Но остается одна неразгаданная тайна. Старые лунные отражатели со временем начали возвращать более слабый сигнал. Ученые до сих пор спорят, что именно стало причиной: то ли пыль, поднятая микрометеоритами, то ли термическое разрушение оптики, то ли какие-то иные процессы. Однако «Луноход-1» по-прежнему дает мощный сигнал. Ученые разводят руками...