Почему приливы и отливы случаются дважды в сутки, хотя Луна одна? Объяснение, иллюстрации и видео

Краткий ответ на вопрос, вынесенный в заголовке, таков – мы не знаем. На самом деле существует множество свидетельств существования замороженной воды в полярных районах Луны, но определение и оценка ее количества зависит от достоверности, точности, местоположения и распространенности. Пытаясь прояснить вопрос, я вкратце опишу то, что сообщается в основных наборах данных, а также – их недостатки и неточности (все начнется с наиболее точных методов измерения и постепенно придет к тем, чья точность — наименьшая), прежде чем говорить о том, что нам еще потребуется для того, чтобы расширить наше знание.

Падение аппарата «LCROSS»

9 октября 2009 года верхняя часть аппарата «Lunar Reconnaissance Orbiter» (LRO) под названием «Центавр» была медленно опущена на дно кратера Кабеус неподалеку от южного полюса Луны. Облако газа и пыли, появившееся после удара, наблюдалось не только следовавшим за ним спутником (который затем сам упал на Луну), но и летящим по орбите LRO космическим кораблем. Спутник наблюдал за воздействием солнечного света на выбрасываемые частицы и измерил поглощение света в ближнем инфракрасном спектре. Одновременно были обнаружены частицы водяного пара и льда, а также – ряд второстепенных компонентов в том числе – окись углерода, аммиак, метан и некоторые простые органические (углеродсодержащие) молекулы. Спектр точности наблюдений аппарата в ИК-диапазоне показывает, что весовой процент воды составляет примерно 5,6 ±2,9 %. Вопреки распространенному мнению, эта оценка оставалась верной еще восемь лет после события и не была скорректирована.

Коррективы были внесены устройством «LAMP» для оценки объема обнаруженных летучих паров в рамках миссии LRO. “LAMP” представляет собой спектрометр, работающий в ближнем УФ-диапазоне 100-200 нм. Этот прибор обнаружил явные свидетельства наличия в выброшенных частицах разнообразных элементов и двух молекул – угарного газа и водорода. Так как у нас гораздо меньше опыта интерпретации данных, полученных на Луне при УФ-свете, чем при ближнем ИК-излучении, результаты, опубликованные исследовательской группой «LAMP», были исправлены через год после первой публикации. В новых данных объему элементов, обнаруженных во время миссии «LCROSS» (коэффициент 5,47), была дана меньшая оценка, за исключением водорода, доля которого выросла с 1,4 весового % при предварительном анализе до 3,7 весового % при уточненных оценках. Для сравнения, обычная средняя концентрация водорода в лунной почве – примерно 50 частиц на миллион (0,005 весового процента), в то время как при выбросе после посадки «LCROSS» это число подскочило до 740 частиц.

Вода в виде пара и мелких частиц, а также молекулярный водород были высвобождены в результате посадки аппарата. Вероятно, что большое количество водорода, как в виде атомов, так и молекул (водород, гидроксогруппа, вода) было сформировано в полярных кратерах. Спектральный анализ в ближней области ИК-излучения и дальней области УФ-излучения наводит на значения около 2-10 весовых процентов. Это говорит о том, что выброс случился на глубине 2-5 метров.

На Луне нашли воду с Земли

Голландские геологи показали, что Луна в момент своего формирования содержала существенное количество влаги. Эти данные довольно сильно расходятся с господствующей сегодня теорией образования Луны в результате мегастолкновения Земли и ещё какой-то крупной планеты и говорят скорее в пользу моделей российских учёных, не требующих такого катастрофического столкновения. Соответствующая статья опубликована в Nature Geoscience.

Учёные провели серию экспериментов, в которых маленькие образцы грунта, по составу предельно близкие к лунному, подвергали нагреву и высокому давлению в присутствии воды и без неё. После такого воздействия образцы сравнивали по структуре с реальным лунным грунтом, полученным в ходе полётов на спутник Земли. При этом оказалось, что если в исходную смесь не добавлять воды, то структура лунного грунта практически не воспроизводима. Зато при нагреве с водой из имеющихся образцов получалось нечто весьма похожее на лунный грунт.

По расчётам на основе экспериментов, воды на спутнике Земли изначально было более 0,27 процента от общей массы. Наиболее вероятное значение ещё больше — оно превышает один процент. Это довольно высокие цифры, означающие, что воды там должно было быть много. На данный момент известно лишь о наличии воды у полюсов Луны. Однако, по современным взглядам, внутри Луны могут существовать полости, в том числе лавовые трубки высотой до пяти километров, по площади превосходящие крупные земные мегаполисы. Таким образом, не исключено, что часть лунной воды, находившейся далеко от поверхности, избежала испарения и всё ещё находится внутри спутника.

Ранее считалось, что на Луне вода должна быть в основном в виде льда на полюсах. Дело в том, что господствующая в научном мире теория образования спутника, популярная в США, утверждает, что Луна возникла после столкновения Земли с планетой размером с Марс. После удара обе планеты практически испарились и перемешались в одном облаке силикатных газов. После их конденсации образовались Луна и Земля. Однако в случае такого развития событий исходно Луна должна была быть сухой. В перегретом облаке газообразных силикатов слишком жарко, и вода из него должна была в основном уйти в космос.

Как недавно уже отмечал Лайф, существует альтернативная гипотеза развития событий, разработанная российскими учёными. В её рамках Луна образовалась постепенно, после ударов о Землю множества малых тел с радиусом от 10 до 1000 километров. В этом сценарии вокруг Земли долгое время существовали кольца, как вокруг Сатурна. Такой обломочный диск эффективно перехватывал вылетающие с планеты обломки, выбитые ударами астероидов. Обратные по отношению к вращению колец и планеты частицы сбрасывались обратно на Землю, а прямые захватывались в диск надолго. При росте массы на его основе образовывался всё увеличивающийся в размерах спутник — Луна.

Такой вариант не требует катастрофического испарения земных обломков, выброшенных в космос ударами астероидов. Поэтому на них должна была сохраниться земная вода. В этом сценарии эксперименты голландских физиков выглядят вполне логично: модель многоимпактного образования Луны допускает наличие на ней воды с самого начала.

Нейтронная спектрометрия

Этот метод измеряет количество и энергию нейтронов. Нейтроны появляются в галактическом пространстве и взаимодействуют с лунной поверхностью, где большая часть средней энергии нейтронов поглощается атомами водорода. Таким образом, если мы наблюдаем слабый поток подобных нейтронов во время полета над Луной, мы делаем вывод о наличии там избыточного водорода. Составление карты потока нейтронов служит лишь для обнаружения водорода и не сообщает нам о его форме (атомной, молекулярной или в виде вкраплений в минералах).

Нейтронные спектрометры были и у аппарата «Lunar Prospector» 1998 года, и у современной миссии LRO. Обе миссии обнаружили большие объемы водорода со средним объемом 150 частиц на миллион (для сравнения – в обычных почвах его содержание – 50 частиц на миллион) над широтами в 80 градусе по направлению к полюсам. У нейтронных спектрометров — ненаправленный обзор, и разрешение инструмента примерно равно его высоте над поверхностью Луны (в этом случае – 30-50 км). Следовательно, мы не видим на этих картах деталей меньше 30-50 км. Если допустить, что сигнал нейтрона исходит от водорода во льду — единственном устойчивом веществе в вечно темных кратерах, то спектроскопия говорит о том, что средний весовой процент воды в них – около 1,5 %. К тому же, эти данные не исключают наличие более высоких концентраций в некоторых кратерах, так как при существующих данных они могут быть найдены не только в темных впадинах. Более того, сигнал от нейтрона излучается только из верхних слоев лунной поверхности, что означает невозможность наличие или концентрацию водорода на больших глубинах.

«Сомнения в полетах на Луну – это невежество»

50 лет назад, 20 июля 1969 года, Нил Армстронг и Базз Олдрин высадились на Луне. Они стали первыми людьми, ступившими на другое небесное тело. Одной из задач экипажа «Аполлона-11» стала доставка на Землю первых образцов лунного грунта. СССР для доставки использовал автоматические межпланетные станции. В определенный момент ученые двух стран обменялись образцами. Все российские запасы лунной пыли и переданные СССР американские пробы хранятся в Институте геохимии и аналитической химии РАН.

Какого цвета лунная пыль, чем она пахнет, сколько стоит, опасна ли она для человека и целесообразна ли добыча лунных ресурсов и доставка их на Землю, в интервью РИА Новости рассказал заведующий лабораторией геохимии Луны и планет ГЕОХИ РАН Евгений Слюта.

— Сколько грамм лунного грунта доставили на Землю советские аппараты?

— 326 граммов. В том числе пробы с глубины более двух метров. Это образцы из Моря Изобилия, Моря Кризисов и из материковой области между этими морями. Моря – это темные участки, которые мы видим при взгляде на Луну. Светлые районы – материковая кора. Каждое море отличается по содержанию основных породообразующих минералов и рудного минерала ильменита. Поэтому важно, что лунный грунт был доставлен из разных точек. Если приплюсовать к нашим запасам американские образцы, то в институте хранится грунт из пяти мест посадок – трех советских и двух из шести мест посадок американских пилотируемых экспедиций — «Аполлона-14» и «Аполлона-16».

— Мы им тоже передали свои образцы?

— Советский Союз достаточно активно раздавал образцы лунного грунта иностранным ученым, например, во Францию. С американцами мы обменивались образцами. Речь идет о миллиграммах, редко – граммах грунта. Этого вполне достаточно для исследования. В общей сложности в нашем лунном хранилище, которое расположено у нас в институте, находится порядка 340 граммов. Мы продолжаем его исследовать.

— В отличие от нас, американцы привезли на Землю почти 400 кг грунта.

— Пилотируемые аппараты изначально были более грузоподъемными. Всем экипажам «Аполлонов» была поставлена задача первым делом после посадки взять пробы грунта в месте приземления на случай, если придется экстренно возвращаться на Землю. Это называлось страховочной пробой грунта. Первым пробы привез «Аполон-11», но места взятия проб не были задокументированы. Это был первый лунный грунт, доставленный на Землю в значительном количестве. И в этом была его особая ценность. Для науки наиболее интересны образцы, взятые определенным способом и в определенном месте. Поэтому, начиная с «Апполона-12», все пробы были задокументированы, указаны координаты, имеются фотографии до и после взятия проб. В общей сложности они привезли 391 кг образцов.

— Наши образцы хранится в каких-то специальных условиях?

— Да, в специальном хранилище с инертной средой, где поддерживается необходимая температура и влажность. В свое время в целях безопасности герметичные капсулы с лунным грунтом к нам в институт доставляли БТР. Тогда работы по Луне были секретными, все проводилось при повышенных мерах безопасности. С тех пор образцы, за исключением передаваемых зарубежным ученым, не покидали стен института.

— Вы сказали, что они до сих пор изучаются. Неужели за полвека образцы не изучили досконально, до атомного уровня?

— За эти 50 лет аппаратура для исследования вещества кардинально изменилась. У нас появились современные электронные микроскопы, которые позволили, и мы сейчас готовим новую научную публикацию, исследовать одну частицу лунного грунта размером порядка 100 микрон буквально до уровня атомной решетки. Исследования продолжатся и в будущем. Изначально мы и американцы решили, что для исследования будет использоваться только половина имеющегося лунного грунта, а вторая останется для изучения будущими поколениями.

— Учитывая, что в вашем институте исследовали советские и американские образцы лунного грунта, можно ли путем анализа образцов сделать утверждение, что американцы точно были на Луне?

— У нас в научной среде считается неприличным поднимать эти вопросы. Ставить под сомнение американские пилотируемые миссии на Луну – это невежество, признак недостаточного образования. Кому-то теория лунного заговора просто коммерчески выгодна, он на ней деньги зарабатывает. Среди ученых вопрос были или не были — просто не стоит.

Причины лунной гонки между СССР и США были чисто политические, но ученые обеих стран максимально воспользовались шансом и очень тщательно отработали научную программу на Луне. Если говорить об американцах, то они развернули в местах посадок сеть долговременных сейсмических станций, с помощью которой мы получили всю известную сейчас информацию о внутреннем строении Луны, провели обширную геологоразведку с тщательным документированием образцов. В период лунной гонки мы получили 95 процентов всех основных научных данных, которые знаем о Луне на сегодняшний день. Например, советская «Луна-1» установила, что у естественного спутника Земли нет магнитного поля. Первый посадочный аппарат «Луна-9» показал, что лунная поверхность вполне твердая. Орбитальный аппарат «Луна-10» сделал первую геохимическую съемку поверхности Луны.

— Какого цвета лунный грунт?

— Темно-серый.

— И в морях, и на материках?

— Да, практически вся Луна кажется однотонной за исключением некоторых оттенков, придаваемых доминирующим содержанием тех или иных минералов и уровня освещенности местности Солнцем. К сожалению, и это было обнаружено американскими астронавтами, один из признаков определения минерала на Земле, а именно цвет, на безатмосферной Луне отсутствует.

— Лунный грунт радиоактивен, он фонит?

— Нет. Любое вещество имеет свой радиационный фон. Нормальный фон базальтов на Земле – 10-11 микрорентген в час. У вас дома он может быть выше, но это нормально, мы к этому адаптированы. На Луне фон примерно такой же, лишь в местах ториевых аномалий чуть выше.

— Если человек мог бы без скафандра оказаться на Луне, какой запах он бы почувствовал?

— Когда астронавты возвращались в кабину спускаемого аппарата и занесли на скафандрах лунную пыль, то описывали ее запах как напоминающий запах пороха.

— Опасна ли лунная пыль для человека, если ее вдохнуть?

— Частицы менее 20 микрон при вдохе из легких не выводятся. Крупные частицы откашливаются, а мелкодисперсная пыль остается внутри. С этим, например, связаны профессиональные заболевания у шахтеров. У астронавтов лунная пыль вызывала раздражение глаз, а у некоторых гайморит. По словам Юджина Кернана, командира экипажа «Аполлона-17», «она словно поселяется в каждом уголке, в каждой щелочке космического корабля и в каждой поре вашей кожи».

— В лунном грунте обнаружен гелий-3, который можно использоваться в термоядерном синтезе, другие материалы. Насколько целесообразно с коммерческой точки зрения добывать и везти на Землю полезные ископаемые?

— В настоящее время таких элементов, которое было бы целесообразно везти на Землю, на Луне нет. Запасы редкоземельных элементов на Земле находятся в достаточном количестве.

— Сколько стоит доставка лунного грунта на Землю?

— Цена зависит от затрат на его доставку – запуска аппарата к Луне, взятия проб, возвращения на Землю. Это очень большие суммы. С точки зрения научной ценности, лунный грунт не имеет цены.

— Можно ли на Земле создать искусственный лунный грунт?

— Лунный реголит уникальный по образованию материал, на Земле создать полный его аналог практически невозможно. Мы для разных задач Роскосмоса изготавливаем аналоги лунного грунта для тестирования космической техники с необходимыми физико-механическими свойствами, электромагнитными свойствами, близкие по химическо-минеральному составу. Это целая серия различных аналогов лунного грунта для различных задач. Любая компетентная лаборатория, которая когда-либо исследовала оригинальный лунный грунт, с высокой степенью вероятности определит подделку или укажет, какой экспедицией была привезена проба, поскольку они отличаются по минеральному составу.

У лунного реголита очень высокая степень налипания на скафандры, научную аппаратуру. Это связано с формой самих частиц, потому что в отличие от земного песка они не обкатаны ветром и водой, а имеют острые углы. Также это связано с их электростатикой. Во время восхода Солнца пыль заряжается, поднимается над поверхностью. Она такая мелкая, размером в первые десятки микрон, что ее не видно. Пыль сильно влияет на деградацию солнечных батарей. Панели покрываются ею и перегреваются. Так, солнечные батареи научной станции на месте посадки «Аполлона-11» проработали порядка 28 дней и после этого станция отключилась. Последующие экспедиции стали использовать изотопные источники для выработки электроэнергии. Лунная пыль очень абразивная. Она везде оставляла царапины, к чему прикасались испачканные пылью перчатки скафандров астронавтов.

Но с такой прилипчивостью можно бороться. Для строительства будущей лунной инфраструктуры мы разрабатываем средства, которые позволят спечь поверхность лунного грунта и образовать твердую поверхность.

— Типа бетонной плиты?

— Да. Для этого исследуем возможность использования концентрированной солнечной энергии, лазерное воздействие и микроволновое излучение. Эти работы находятся на начальном этапе. Но решение этой задачи позволит защитить объекты инфраструктуры от воздействия пыли.

Кроме того, нами проанализированы различные варианты строительства инфраструктуры из лунного реголита. Сейчас, например, очень модна 3D-печать, предлагается печать объектов на Луне на таком принтере. Но такой способ использует дополнительные компоненты в качестве клея, который необходимо доставлять с Земли. По ценам 2009 года доставка 1 килограмма груза на поверхность Луны оценивалась в 60 тысяч долларов, представляете, в какую стоимость выйдет доставка туда связующих компонентов? Поэтому мы сосредоточились на разработке технологий, которые не требуют дополнительных компонентов, а используют только имеющиеся на Луне ресурсы.

— Обнаружены ли в лунном реголите минералы, которые не встречаются на Земле?

— Конечно, на Луне встречаются минералы, которых нет на Земле. Но при этом Луна минералами бедна. Нам известно наличие на ней всего около 100 различных минералов, а на Земле – более 5 тысяч. Такое богатство связано с присутствием на планете воды. Казалось бы, Луна наш естественный спутник, но она абсолютно не похожа на Землю.

— А как была сформирована Луна?

— Существует две основные гипотезы: либо совместное образование с Землей, либо удар по Земле большого тела с выбросом вещества, из которого образовалась Луна. У каждой гипотезы есть свои плюсы и минусы. У нас в ГЕОХИ РАН развивается гипотеза совместного образования Луны с Землей. За рубежом доминирует вторая версия. Чтобы подтвердить одну из них, нужны новые пробы грунта из разных районов Луны.

— Какие задачи ставят геологи по дальнейшему изучению Луны?

— Сейчас в российской Федеральной космической программе сроком до 2025 года запланировано три лунных миссии. Первая из них – «Луна-25». Основная задача посадочного аппарата — научить инженеров летать и садиться на Луну, поэтому там минимальный комплекс научной аппаратуры. Затем последует орбитальный аппарат «Луна-26», основная задача которого съемка поверхности Луны в оптическом и других диапазонах, а также радиолокация подповерхностного слоя для последующего выбора потенциальных мест посадки автоматических и пилотируемых экспедиций, развертывания базы. «Луна-27» — это посадочная станция для исследования лунного грунта и газов в грунте непосредственно на месте, без доставки на Землю. Станция будет оборудована буром, который достанет образец с глубины 1-2 метра.

За пределами 2025 года планируется запуск спускаемого аппарата «Луна-28», который проведет холодное бурение, сохраняющее в грунте летучие вещества, и вернет на Землю взятые образцы.

Далее мы предлагаем, и наша инициатива поддержана РАН и Роскосмосом, создание тяжелого лунохода по проекту «Робот-геолог» и среднего лунохода-разведчика. Оба проекта рассматриваются для реализации в рамках следующей Федеральной космической программы. По ним ведется эскизное проектирование. Также нами предложен проект размещения на лунной поверхности опорной сети из 8-10 автоматических станций сейсмического мониторинга. Это автономные научные станции в виде небольшого контейнера весом около 50 килограммов с сейсмометром, магнитометром, гравиметром, глубинным зондом для измерения электромагнитных свойств и температуры грунта на глубину до 5 метров, и уголковым отражателем для лазерной навигации. Также нами разрабатывается вариант буровой установки нового поколения, которая способна брать пробы грунта на глубине до 15 метров. Это небольшие устройства массой около 80 килограммов. С такой длинной бура мы практически по всей поверхности Луны сможем достичь глубины подстилающей лунный грунт породы. Если таким буром взять образцы с обратной стороны Луны, по содержанию захваченных частицами грунта газов мы узнаем, когда Луна получила синхронное вращение вокруг своей оси с вращением вокруг Земли и теперь всегда смотрит на нас всегда одной стороной.

— Нужны ли в таком случае новые пилотируемые полеты на Луну?

— Как я сказал, мы разработали концепцию робота-геолога. Он должен пройти путь длиной до 500 километров, проводя отбор грунта вдоль пути движения. Проект может быть реализован уже в течение следующего десятилетия. Аналогичный пилотируемый проект мы не сможем реализовать в такие сроки. Человек на Луне должен выполнять только те функции, с которыми не справится автомат. В настоящее время речь о постоянном присутствии человека на Луне не стоит. Большой круг задач может быть решен роботизированными средствами. Потребуется лишь периодическое присутствие человека.

По нашим совместно со специалистами Роскосмоса предварительным подсчетам, на начальном этапе освоения Луны для обеспечения транспортных перевозок на с Луны на Землю может потребоваться ежегодно примерно 200 тонн кислорода и 50 тонн водорода. Для того, чтобы привезти эти запасы на Луну, потребуется 15 миллиардов долларов в год. И это мы не берем в расчет доставку других грузов. Такие суммы сразу ставят под вопрос целесообразность освоения Луны. В этой связи мы занимаемся разработкой технологий получения криогенных компонентов (кислорода и водорода) для создания ракетного топлива на месте из лунного грунта, что потребует на порядки меньших затрат. В полярных областях Луны в лунном реголите содержится достаточное количество летучих компонентов – кислорода, водорода, водяного льда и других. Та страна, которая первой решит задачи по получению компонентов ракетного топлива, газов и воды для жизнеобеспечения и постройке сооружений из лунного грунта, не только обеспечит свое постоянное присутствие на лунной поверхности и закрепится на Луне, но и сможет использовать свою лунную инфраструктуру в коммерческих целях и сделать это присутствие частично окупаемым. Многие страны, не имеющие средств доставки на Луну, и тем более необходимой инфраструктуры на лунной поверхности, воспользуются такой возможностью, чтобы отправить своих ученых и инженеров для проведения различных экспериментов и исследований на лунной поверхности. Точно так же, как страны, обладающие средствами доставки на околоземную орбиту, используют их не только в научных, но и коммерческих целях.

ria.ru
МЕТКИ:Американцы на ЛунеДмитрий СтруговецИстория СШАКосмические программы РоссииКосмические программы СССРКосмические программы СШАНаукаРАНРИА НАУКАРоссийская академия наукРоссийская наукаРоссия и СШАСССР и США

Радар

Поиск воды рядом с южным полюсом Луны был целью миссии «Клементины» 1994 года (отчет опубликован в 1996 году). Радар не «чувствует» воду напрямую, но ее отражательные свойства используются для обнаружения прозрачного вещества на радиочастотах. Поляризованные радиоволны отправляются на обычную поверхность планеты, а волны с правой поляризацией возвращаются к антенне как волны с левой поляризацией. Соотношение принятой мощности «аналогичного направления» к принятой мощности «противоположного направления» называется соотношением круговой поляризации (СКП). Обычно поверхность Луны обладает СКП меньше единицы (то есть отражается больше волн «противоположного направления», чем «аналогичного»). Однако, два типа целей создают высокое СКП: крайне труднопроходимая, каменистая поверхность и водный лед. К примеру, первый тип может представлять собой очень молодой кратер от недавнего столкновения, создавшего плотное облако угловатых камней (к примеру, Тихо). В качестве примеров водяного льда служат ледяные спутники Юпитера (Европа, Ганимед и Каллисто) и содержимое полярных кратеров Меркурия, которые, вероятно, заполнены, в основном, водяным льдом.

Аппарат «Клементина» обнаружил высокое СКП во время пролета над южным полюсом Луны. Однако из-за неоднозначности СКП этот результат не был принят всеми, как доказательство наличия водяного льда. В 2008 году индийский аппарат «Чандраян-1» вывел на орбиту радар «Mini-SAR», служащий для составления карты лунных полюсов на основе полученных фотографий. Он обнаружил свидетельства существования на обоих полюсах аномальных кратеров с высоким СКП внутри (из-за вечной тьмы) и низким СКП на краях (из-за частичного проникновения солнечного света). Это обозначало, что на дне глубоких темных кратеров (холодных ловушек) может содержаться водный лед, возможно – в концентрациях в десятые доли процента. Схожие результаты получила модернизированная версия радара “Mini-RF” американской миссии «LRO».

И «Чандраян», и «LRO» дали моностатичные изображения, что обозначало, что передатчик освещал поверхность темных кратеров неподалеку от приемника. Следовательно, эти изображения всегда были нуль-фазовыми (линии прямой видимости). Если бы мы могли посмотреть за пределы нуль-фазы (то есть передавать в одном месте и принимать в другом при помощи бистатического радиолокатора), мы могли бы измерить зависимость СКП от фазового угла. Камень и лед обладают очень разной реакцией на изменение угла. Каменные поверхности обладают очень небольшим коэффициентом изменения фазы, в то время как лед показывает резкий и узкий (несколько градусов) пик, направленный к нулю.

Одной из причин, по которой мы интерпретировали данные с «Клементины» (она была бистатической станцией – передача с корабля и прием на Земле), как подтверждение наличия льда был его узкий пик усиления СКП около точки нуль-фазы. Недавно радар «Mini-RF» от «LRO» провел бистатические измерения кратера Кабеус (место падения аппарата «LCROSS» в 2009 году). Огромная радиоантенна в Аресибо (Пуэрто-Рико) использовалась как передатчик, а эхо принималось на борт космического аппарата «LRO». Результаты визуализации бистатического радара показали сильные пики на частотной кривой, схожие с теми, что были у корабля «Клементины» в 1994 году, что указывало на наличие значительных залежей льда, возможно – с концентрацией в несколько десятых долей весового процента. Радар отбирал образцы на глубине в 10-20 раз больше длины волны, в зависимости от плотности реголита. И «Клементина», и «Mini-RF» использовали S-диапазон (около 2380 МГц или волна длиной в 12,6 см) радиоволн, и, следовательно, образцы брались из слоя лунной поверхности глубиной в 2-3 метра.

Новые данные о воде на Луне

Еще недавно считалось что Луна — одно из самых сухих мест во всей солнечной системе. Но затем «полились» сообщения о воде на Луне, — сначала говорили о небольшом количестве воды на поверхности Луны, затем о десятках литров в одном кратере, а сейчас сообщают об 600 миллионах тонн воды, которая находится в 40 кратерах вблизи Лунного северного полюса.

«Мы думали что понимаем Луну, но это не так», — сказал Пауль Спудис (Paul Spudis) из института Луны и планет (Lunar and Planetary Institute), — «Очевидно что вода там существует в различных геологических условиях и концентрациях. Кто бы мог предположить что наступит день когда мы будем всерьез обсуждать Лунную гидросферу?».

Пауль Спудис — ведущий исследовалель команды НАСА Mini-SAR team — группы, сделавшей последнее крупное открытие воды на Луне. Радар Mini-SAR, расположенный на индийском зонде Чандраян-1 (Chandrayaan-1), обнаружил 40 кратеров, в каждом из которых находится лед, высотой минимум 2 метра.

Справа: Карта Лунного северного полюса радара Mini-SAR. Кратеры, отмеченные зелеными кружками, содержат значительные залежи замерзшей воды (кликните для полного изображения).

«Если бы у вас было количество ракетного топлива, равное количеству воды, обнаруженной в этих кратерах, то вам бы хватило его для запуска одного космического шатла в день в течении 2000 лет. Но наши наблюдения, дают ответ только на часть интригующих вопросов о процессах происходящих на Луне.

Речь идет о, так называемом, лунном водном цикле. Эта теория базируется на данных, которые, были получены из таких разрозненных источников как: радар Mini-SAR, автоматизированный космический корабль LCROSS (Lunar CRater Observation and Sensing Satellite) и прибор M3 (Moon Mineralogy Mapper) на борту индийского зонда «Чандраян-1».

«Пока мы нашли три типа Лунной воды», — заявил Спудис, — «Толстые линзы радара Mini-SAR обнаружили практически чистый лед в кратере, LCROSS обнаружил смесь кристаллов льда и грязи, а М3 нашел тонкий слой который то появляется то исчезает по всей поверхности Луны.»

9 октября 2009 г. LCROSS наткнулся на воду в холодном кратере, куда не поступает солнечный свет и который находится на южном полюсе Луны. Ученые не мало потрудились, разбирая поступившие тогда от LCROSS данные.

«Похоже что как минимум два различных слоя грунта кратера содержат воду, и они представляют собой две разные временные эпохи», — сообщил Энтони Колапрете (Anthony Colaprete), старший исследователь проекта LCROSS, — «Первый слой, извлеченные в первые-же 2 секунды после контакта, содержат воду и гидроксил, смешанные с минералами, в этой смеси удалось найти даже кусочки чистого льда. Этот слой покрывает грунт тонкой пленкой и является сравнительно «свежим», предположительно недавно образовавшимся».

Сверху: синим цветом показан тонкий слой минералов с большим содержанием воды, вокруг молодого Лунного кратера.

Энтони Колапрете сообщил, что этот тип Лунной воды, похож на воду обнаруженную аппаратом М3 в прошлом году. Эта вода содержится в очень малой концентрации, но очень распространена на камнях, в пыли и в самом верхнем миллиметровом слое Лунного грунта.

Второй слой отличен от первого. «Он содержит даже больше льда, плюс множество других смесей, которых мы не ожидали там увидеть», сообщил он. «На данный момент мы обнаружили диоксид сульфура (SO2), метанол (CH3OH) и интересную органическую молекулу диацетилен (H2C4). Этот слой залегает примерно в 0.5 метра под Луной, и вероятно, старше чем лед найденный на поверхности.»

Пока не понятно почему некоторые кратеры содержат чистый лед, а другие смесь из льда и грязи. Возможно это вызвано тем что Лунная вода имеет несколько источников происхождения.

«Какая-то часть была создана прямо на Луне», — пояснил Спудис, — «Протоны в солнечном ветре могли непрерывно создавать небольшое количество воды при взаимодействии с оксидами метала в камнях. Но какая-то часть находящейся на Луне воды, возможно прибыла на Луну из других мест в солнечной системе».

Справа: пар, поднимающийся из кратера Cabeus 9 октября 2009 года, после того как LCROSS вреался в кратер.

Луна находится под постоянной бомбежкой из космоса, что увеличивает количество воды на Луне. Астероиды содержат гидратизированные минералы, а ядра комет состоят из практически чистого льда.

Ученые также полагают что большое количество воды в кратерах мигрирует из более теплых южных широт к полюсам. «Полученные нами данные свидетельствуют о существовании водного цикла на Луне», заявил Колапрете.

Только подумайте об этом, то что раньше считали «одним из самых сухих мест во всей солнечной системе», оказывается имеет водный цикл.

«Там совершенно другой мир», — сказал Спудис, — и нам известно о нем еще очень мало. Кто знает, какие открытия ждут нас впереди?» Только для вас самые интересные новости на страничках нашего портала.

Оригинал (на англ. языке): Science.nasa.gov

Отражательная способность лазера и УФ

И лазерный высотомер (LOLA), и “LAMP” могут «смотреть» в темные полярные кратеры, но первый – за счет освещения темных областей собственным импульсом, а второй – за счет использования галактического ультрафиолета для создания изображения дна кратера. Оба прибора нашли свидетельства существования «замороженной» воды в некоторых районах у полюса. «LOLA» обнаружил, что дно полярных темных кратеров немного, но «ярче» (обладает большим альбедо), чем дно других кратеров. Это было интерпретировано, как доказательство наличия замороженной воды. Прямые наблюдения за альбедо кратеров близ Южного полюса посредством высокомощного УФ-излучения проводились непосредственно «LAMP». Оба метода использовали в качестве образца лишь микрон поверхности или около того, поэтому распространенность не может быть больше нескольких десятых долей процента.

Почему приливы и отливы случаются дважды в сутки?

В результате описанного выше явления, приливная волна проходит по водной поверхности планеты одновременно с двух противоположных сторон:

  • с одной – под силой притяжения Луны;
  • с другой (уступающей в интенсивности процесса) – центробежной силой, связанной с вращением Земли вокруг общего центра масс.

По этой причине приливов и следующих за ними отливов происходит два, на противоположных частях земного шара. Водная поверхность планеты, в связи с особенностями воздействия гравитации спутника, приобретает форму эллипса, длинной осью повернутого к Луне. Частота наступления большой воды соответствует лунным циклам.

Приливные волны вызываются двумя основными факторами:

  • суточным вращением планеты;
  • форма Земли, близкая к шару, превращается в эллипсоид за счет деформации водной поверхности.

Если убрать одно из перечисленных условий, приливы и отливы исчезнут. Дополнительное влияние оказывают океанские течения, лунные фазы и другие, менее значительные факторы. Что, кроме Луны, влияет на силу приливов и отливов

Кроме Луны приливы и отливы вызывает Солнце. Но высота волны от воздействия центрального тела Солнечной системы ничтожно мало и проявляется незначительно. Светило притягивает нашу планету с силой в двести раз превышающей гравитацию Луны. Но поскольку расстояния от Земли до этих небесных тел несопоставимы, на величину воздействия решающее значение оказывает неоднородность структуры гравитационного поля. С удалением от притягивающего объекта сила уменьшается по мере увеличения взаимной дистанции между объектами.

Интересно: Почему при таянии айсбергов повышается уровень воды, а при таянии льда в стакане с жидкостью — нет?

Но если Луна и Солнце располагаются на одной линии по отношению к Земле, приливы и отливы происходят с большей силой, чем когда два этих тела находятся под углом девяносто градусов к нашей планете, друг относительно друга. Научные термины таких приливных волн соответственно:

  • квадратурные – наименьшие;
  • сигизийные – при полной и новой Луне.

Интересный факт: Солнце усиливает силу гравитации нашего спутника, увеличивая приливную волну.

Наибольшие приливы на планете происходят в широтах, ближе других расположенных к нашей небесной соседке. Высота приливных волн в бухте Фанди на атлантическом побережье Канады достигает восемнадцати метров, в редкие дни снижаясь до пятнадцати. В России наибольшие приливы отмечаются на Дальнем Востоке – побережье Охотского моря.

Приливные явления характеризуются большими масштабами в океанах, по сравнению с замкнутыми водоемами небольших размеров. В Балтийском и Черном море приливы практически незаметны.

Кроме влияния на водную поверхность в океанах, данные природные явления вызывают сход воды из рек и в обратном направлении, создавая приливно-отливные течения.

Приливы и отливы – удивительное явление природы, объясняемое гравитационным притяжением земного спутника и частично – Солнца. Приливные волны отмечаются дважды в сутки за счет центробежной силы, в дополнение к притяжению Луны, вызывающей обратный горб на обратной стороне планеты.

Спектры в ближней ИК-области

В 2009 году с трех космических аппаратов: «Чандраян-1», «Кассини» и «EPOXI» поступили данные о поглощении около 3 микронов (3000 нм) лунной поверхности, начиная с 60 градуса широты и растущем при приближении к полюсам. Этот спектральный диапазон был создан гидроксогруппой и водой. Поглощение распространено в этой части Луны (миллионы км2) и, несмотря на то, что оно распространяется лишь на микроны в глубину, оно потенциально может быть крупнейшим хранилищем воды на Луне. Более того, это вещество в зависимости от положения в пространстве и времени суток обладает разной концентрацией, становясь тверже в более холодное утро и сумерки по местному времени. Концентрация воды неизвестна, но обоснованной цифрой считается около тысячи частиц на миллион (0,01 весового %).

Вывод

Итак, сколько же воды на полюсах Луны? У нас еще нет точного ответа, но после оценки объемов, увиденных на каждом полюсе (и учета метода и глубины местонахождения образцов), я предполагаю, что на каждом полюсе – от 100 миллионов до миллиарда метрических тон. Реальный объем льда в том или ином месте, его физическое состояние, глубина залегания и другие особенности все еще предстоит определить. Хотя многие орбитальные измерения будут стоить дорого, крайне важно в будущем иметь инструменты на самой поверхности Луны, на полюсах, чтобы сделать детальные съемки местности. Эти данные — предельно важны для формулирования удачных инженерных решений о расположении лунных аванпостов и подходе к сбору воды на Луне для создания новых возможностей для космических полетов и колоний.

Есть ли вода в лунных морях?

09.08.2010

Была ли вода на Луне в момент ее формирования? Результаты новой работы геохимиков из США, основанные на распределении изотопов хлора в лунных скальных породах [1] позволяют предположить, что на молодой Луне воды либо не было, либо ее было куда меньше, чем было заявлено сравнительно недавно

.

Есть ли вода в лунных морях, нет ли воды в лунных морях?

Зак Шарп (Zach Sharp) из Университета Нью Мексико в Альбукерке подчеркивает, что результаты работы его исследовательской группы больше касаются скальных пород, находящихся внутри Луны, а не на ее поверхности – вода на поверхности Луны могла появиться за счет кометных бомбардировок, осесть с космической пылью или образоваться в результате протонной бомбардировки с солнечным ветром.

Тем не менее, две опубликованные ранее в этом году работ [2,3] утверждали, что вода присутствовала в момент образования лунных горных пород.

Исследования Шарпа связаны с соотношением двух стабильных изотопов хлора в лунных горных породах – изотопов 37Cl и 35Cl. Как поясняет Шарп, на Земле распределение этих изотопов гомогенно и различается не более, чем на 0.1 % даже для образцов, извлеченных из различных участков земной коры.

Исследователь объясняет такую гомогенность тем, что магма или лава, формировавшая скальные породы земной коры, содержала большое количество воды, в которой производные хлора хорошо растворимы – предполагается, что в условиях формирования скальных пород хлор выделяется в виде газообразного хлороводорода. С одной стороны, связь H-Cl гораздо прочнее, чем связь хлора с элементами, входящими в состав магмы, поэтому первоначально образуется хлороводород, содержащий 37Cl (это связано с тем, что химическая связь, образованная более тяжелым химическим изотопом прочнее – это первичный кинетический изотопный эффект); однако более легкий и быстрый H–35Cl более активно теряется земной корой, переходя в парообразное состояние. Два эффекта взаимно компенсируют друг друга, что и обуславливает одинаковый изотопный состав хлора, как оставшегося в скальных породах земной коры, так и уходящего из нее в виде HCl.

Изучение образцов лунного грунта, доставленных на Землю экспедициями Аполлона, показало, что в них наблюдается различное соотношение 37Cl и 35Cl, при этом большая часть образцов была обогащена изотопом 37Cl по сравнению с образцами из земной коры. Шарп подчеркивает, что для исследователей такое соотношение изотопов хлора было шоком, и они несколько раз перепроверили результаты анализа. Как полагает Шарп, единственное объяснение наблюдаемым результатам заключается в том, что лунная магма была безводна.

Если при охлаждении и кристаллизации магмы молодой Луны в формирующейся Луне не было водорода (в форме воды), хлор должен был покидать лунную кору в виде хлоридов металлов, в которых прочность связывания с металлами такая же, как прочность связывания хлора с компонентами магмы. Шарп заявляет, что в безводных/безводородных условиях исчезает движущая сила, обуславливающая потерю 37Cl магмой Луны исчезает, и благодаря меньшей массе и большей подвижности в первую очередь лунную магму покидал 35Cl. Исследователь добавляет, что предложенная гипотеза также согласуется с наблюдавшимися отложениями солей металлов на поверхности лунных скал.

Стив Можцсис (Steve Mojzsis), геохимик из Университета Колорадо отмечает, что выводы Шарпа согласуются с предположениями о формировании Луны, выглядят достоверными, а результаты, полученные другими исследователями, являются результатом «обводнения» Луны за счет внешних источников, хотя и подчеркивает, что в настоящее время доказать или опровергнуть отсутствие или наличие воды в лунной коре практически невозможно.

Источники: [1] Science, 2010, DOI: 10.1126/science.1192606; [2] Nature, 2010, DOI: 10.1038/nature09274; [3] Proc. Natl. Acad. Sci. USA, (2010) 107, 11223; DOI:10.1073/pnas.1006677107

По материалам сайта CHEMPORT.ru

Все Новости Химии

Рейтинг
( 2 оценки, среднее 5 из 5 )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями: