Лунные кратеры: запасы льда оказались ниже прогнозов

Новый анализ снимков самых глубоких лунных кратеров выявил значительно меньшее количество ледяных отложений, чем считалось ранее.

По ранним оценкам исследователей из Гавайского университета в Маноа, которые в 2018 году сделали первое открытие водяного льда на поверхности Луны, до 30 % площади поверхности в этих постоянно затененных областях (ПЗО) состояли из ледяных отложений.

По новым оценкам, сделанным исследователями из того же университета, верхний предел приближается к 20 %, что значительно сокращает количество замороженной H2O, доступной будущим колонистам, которые надеются использовать местные материалы для питания лунных баз, производства воды или даже сделать Луну своим постоянным домом.

Поиск скрытого льда в самых глубоких лунных кратерах

Несколько миссий исследовали самые глубокие и темные участки лунной поверхности, в том числе пытались изучить загадочный южный полюс, исследовать таинственные вихревые структуры на поверхности Луны или заглянуть под нее. Однако Шуай Ли, ассистент-исследователь Гавайского института геофизики и планетологии (HIGP) Школы наук об океане и Земле (SOEST) UH Mānoa, первым обнаружил прямое доказательство его присутствия в ПЗО лунных кратеров.

Это открытие стало возможным благодаря камере ShadowCam — прибору на борту лунного орбитального аппарата Korea Pathfinder (KPLO) Корейского института аэрокосмических исследований. Запущенный 4 августа 2022 года с годичной орбитальной миссией, KPLO нес на себе комплекс приборов, включая ShadowCam. Сверхсветочувствительная камера ShadowCam была специально разработана для использования следов непрямого солнечного света, отраженного от противоположных стен в лунных кратерах, для измерения отражательной способности скрытой лунной поверхности.

Поскольку водяной лед обычно отражает больше, чем лунная порода, эти показания позволили оценить содержание водяного льда в диапазоне от 5 до 30 %. Любопытно, можно ли улучшить эти оценки с помощью новейших методов, и Джордан Андо, аспирант по планетарным наукам в лаборатории Ли, решил по-новому взглянуть на снимки ShadowCam.

«Лед обычно ярче, то есть отражает больше света, чем камни», — пояснил Андо. «Мы проанализировали высококачественные изображения, полученные с помощью этой чувствительной камеры, чтобы очень внимательно изучить эти постоянно затененные области и выяснить, приводит ли водяной лед в этих регионах к повсеместному осветлению поверхности».

К сожалению, эти новые снимки показали незначительное увеличение отражательной способности в самых глубоких лунных кратерах, что разрушило надежды на то, что более 30% скрытой лунной поверхности может состоять из водяного льда. Вместо этого в недавно опубликованном анализе Андо этот верхний предел снижен на треть, и новая оценка составляет менее 20%.

Миссия по изучению космических лучей может помочь раскрыть тайну

В планах мировых космических агентств нет миссий, направленных непосредственно на изучение объема залежей водяного льда на поверхности Луны. Однако несколько миссий по созданию баз, железных дорог и, в конечном счете, колоний на Луне уже находятся на различных стадиях планирования.

Одна из миссий, предложенная другой группой исследователей UH Mānoa совместно с HIGP и Департаментом физики и астрономии, предлагает совершенно новый подход к поиску льда на Луне. По словам Эмили С. Костелло, ведущего автора исследования, описывающего новый подход команды, и постдокторанта HIGP, космические лучи естественного происхождения уникально подходят для поиска в местах с минимальным освещением или вообще без него.

«Эти сверхвысокоэнергетические космические лучи ударяют в лунную поверхность и проникают в слои под ней», — объясняет Костелло. «Лучи излучают радиолокационные волны, которые отражаются от погребенных слоев льда и горных пород, и по ним мы можем судить о том, что находится под поверхностью».

Используя передовые компьютерные симуляции, исследовательская группа смоделировала, как радарные волны проходят через лунный грунт и как данные, полученные в результате этих прохождений, могут выявить наличие различных материалов, включая воду и лед.

По словам Кристиана Тая Удовича, соавтора исследования, который представил результаты на недавней конференции по лунным и планетарным наукам в Хьюстоне, штат Техас, моделирование команды вызвало интерес у ученых, которые, возможно, никогда не рассматривали этот подход.

«Поскольку он опирается на физику высоких энергий, в которой разбираются лишь немногие ученые в мире, даже планетологи, изучающие способы поиска лунного водяного льда, часто удивляются, когда слышат об этой методике», — говорит Удович.

Поездка на Луну

В настоящее время группа исследователей из HIGP и физического факультета разрабатывает специализированный радарный прибор, чтобы перенести идею из теории в практическое применение. Если испытания прибора, запланированные на 2026 год, покажут, что он может обнаружить сигналы водяного льда с помощью космических лучей, команда заявляет, что будет «искать возможности» отправить его на Луну. Если повезет и удастся спланировать, то, по словам команды, их подход может «впервые обнаружить большие залежи погребенного водяного льда на Луне».