Исследование метеорита показывает, что в древней лунной истории кора Луны содержала больше воды, чем считали ранее ученые. Лунотрясения подобны землетрясениям. В случае Луны они вызваны складками, которые образуются на поверхности Луны по мере ее сжатия. Луна сжимается по причине того, что недра Луны остыли за последние несколько сотен миллионов лет.
Лунная вода
Индийские учёные в кооперации с международным коллективом исследователей выявили доказательства повышенной вероятности наличия водяного льда в полярных кратерах Луны, сообщает сайт Индийской организации космических исследований. Исследование предполагает, что количество подповерхностного льда на первых нескольких метрах примерно в 5–8 раз больше, чем на поверхности как в северной, так и в южной полярных областях Луны. Открытие этих значительных залежей подземного льда может существенно изменить ход будущих исследований Луны.
Бурение на Луне для отбора проб или выемки грунта из этого льда будет иметь решающее значение для поддержки будущих миссий и обеспечения долгосрочного присутствия человека на лунной поверхности. Более того, исследование также показывает, что площадь водяного льда в северном полярном регионе в 2 раза больше, чем в южном полярном регионе, что дает ценную информацию для планирования миссии и выбора места проведения.
Проведённое Индийскими институтами технологий в Канпуре и Дханбаде совместно с учёными университета Южной Калифорнии и лаборатории реактивного движения НАСА исследование подтверждает гипотезу о том, что основным источником подповерхностного водяного льда на полюсах Луны является выделение газов во время вулканизма в имбрийский период, 3,8–3,2 миллиарда лет назад.
Как отмечает агентство, в своем исследовании учёные использовали данные, добытые аппаратурой на борту запущенного в 2009 году Лунного разведывательного орбитального аппарата NASA (LRO) и индийской межпланетной станции «Чандраян−2», вышедшей на орбиту Луны в 2019 году.
Лунный метеорит показал, что когда-то на Луне было гораздо больше воды, чем ожидалось
Долгое время считалось, что лунная поверхность высохла в течение тысяч и даже миллионов лет, но, возможно, на поверхности Луны может быть больше воды, чем мы думали, и нам просто нужно найти способ ее добыть. Новое исследование показало, что около 4 миллиардов лет назад поверхность Луны была богата водой, сообщается в журнале Nature Astronomy.
Это исследование может стать важным шагом на пути к лучшему пониманию эволюции Луны, а также может помочь в информировании будущих лунных миссий, в том числе миссии НАСА «Артемида-3», целью которой является возвращение людей на поверхность Луны не раньше 2026 года и использование найденной там замороженной воды для устойчивого присутствия на Луне.
Слева изображение Луны, справа образец лунного метеорита. НАСА/Тара Хейден
Постдокторант Университета Западного Онтарио Тара Хейден исследовала лунный метеорит, который когда-то был частью поверхности Луны и содержит минерал апатит. Этот обычный фосфат впервые позволил напрямую изучить неизвестную стадию лунной эволюции, когда Луна была расплавленной.
Исследование метеорита показывает, что в древней лунной истории кора Луны содержала больше воды, чем считали ранее ученые. «Обнаружение апатита в ранней лунной коре впервые невероятно захватывающее — поскольку мы, наконец, можем начать собирать воедино этот неизвестный этап лунной истории», — сказал Хейден в своем заявлении. «Мы обнаружили, что ранняя кора Луны была богаче водой, чем мы ожидали, а ее летучие стабильные изотопы раскрывают еще более сложную историю, чем мы знали раньше».
Хейден объяснила, что изучение лунных метеоритов, таких как тот, который она изучала в поисках апатита, важно для получения дополнительной информации о Луне и, возможно, может раскрыть информацию, которой не было в образцах, доставленных на Землю в 1960-х и 1970-х годах в рамках программы «Аполлон».
Когда лунные образцы Аполлона были впервые исследованы, ученые обнаружили, что они «бедны летучими веществами». Летучие вещества — это химические вещества, которые легко испаряются при относительно низких температурах; вода умеренно летучая, испаряется при температуре 212 градусов по Фаренгейту (100 градусов по Цельсию). Это привело к предположению, что Луна «сухая до костей».
Камень, собранный с поверхности Луны во время полета Аполлона-16. НАСА
Это предположение было оспорено в 2008 году, когда ученые обнаружили значительное количество воды и летучих веществ в новых образцах Аполлона, что побудило их еще раз взглянуть на них. По мере того, как это исследование продолжалось в течение последних 15 лет, другие образцы, такие как лунные метеориты, которые упали на Землю после того, как были освобождены от поверхности Луны в результате ударов астероидов и других воздействий, показали, что Луна на протяжении всей своей истории не была абсолютно сухой.
«Раскрытие истории воды в самой ранней лунной коре, образовавшейся примерно 4,5 миллиарда лет назад, важно для улучшения нашего понимания происхождения воды в Солнечной системе», — сказал профессор планетологии и исследования Открытого университета Махеш Ананд. «Древние образцы горных пород с Луны в виде лунных метеоритов предоставляют прекрасную возможность для проведения таких исследований».
Замороженная вода на поверхности Луны может использоваться во время будущих миссий не только для поддержания жизни астронавтов, но и для добычи водорода в качестве топлива, которое можно будет использовать для возвращения команд обратно на Землю или для путешествий глубже в Солнечную систему, например, на Марс.
Лунные землетрясения и лунные оползни
При планировании мест для высадки экипажа на Луну — от предстоящих миссий «Артемида» до будущих прочных лунных поселений, планировщики миссий должны учитывать массу лунных параметров. Например, форма местности может решить или помешать выполнению миссии, а возможный большой объем затопленной воды может сделать одно место гораздо более привлекательным, чем его более сухой аналог. Но теперь геологи предполагают, что также важно помнить о лунных землетрясениях и лунных оползнях, пишут в The Planetary Science Journal.
Как подчеркивают ученые, это уже не академический вопрос. Исследователи южного полярного региона Луны, расположенного недалеко от запланированной посадочной стороны корабля «Артемида-3», который должен приземлиться в 2026 году, определили линии разломов, сдвиги которых спровоцировали сильное лунное землетрясение около 50 лет назад.
Фотография поверхности Луны. НАСА
Некоторые миссии «Аполлона» несли с собой сейсмометры. 13 марта 1973 года особенно сильное лунное землетрясение сотрясло сейсмометры в общем направлении южного полюса Луны. Десятилетия спустя лунный разведывательный орбитальный аппарат пролетел над южным полюсом и обнаружил сеть линий разломов. С помощью новых моделей исследователи связали эти разломы с лунным землетрясением.
Исследование дополняет нашу картину того, на что похожи лунные землетрясения в целом. В принципе, лунотрясения подобны землетрясениям. В случае Луны они вызваны складками, которые образуются на поверхности Луны по мере ее сжатия. Луна сжимается по причине того, что недра Луны остыли за последние несколько сотен миллионов лет. По словам ученых, это похоже на сморщивание изюма, что также помогает нам визуализировать образование этих складок.
Кроме того, поверхность Луны гораздо менее плотно упакована, чем поверхность Земли, и часто состоит из рыхлых частиц, которые могут быть выброшены и разбросаны в результате ударов. В результате лунные землетрясения с большей вероятностью вызовут оползни.
Камера лунного разведывательного орбитального аппарата, мозаика узкоугольной камеры (NAC) скопления лопастных уступов Вихерта (стрелки, указывающие слева) возле южного полюса Луны. Уступ надвигового разлома прорезал разрушенный кратер диаметром примерно 1 километр (0,6 мили) (стрелка, указывающая вправо). NASA/LRO/LROC/ASU/ Смитсоновский институт
По мнению исследователей, по мере приближения того дня, когда человеческие ботинки снова ступят по Луне, людям, о которых идет речь, придется учитывать возможность того, что земля под этими ботинками окажется не такой стабильной, как они могли бы надеяться. Модель исследователей предполагает, например, что стены кратера Шеклтон, известного своим льдом, уязвимы для оползней.
Последнее исследование показало, что Луна все еще геологически активна и представляет доказательства того, что тектонические разломы, возникающие по мере постепенного охлаждения и сжатия недр Луны, обнаруживаются вблизи некоторых областей, определенных НАСА как кандидатные регионы для посадки «Артемиды III» – первой запланированной миссии «Артемиды».
Луна хранит ключ к разгадке эволюции Земли, планет и Солнца, а новое исследование, финансируемое НАСА, помогает ученым лучше понять некоторые загадки под поверхностью нашего ближайшего космического соседа. Соавтором этого исследования является главный научный сотрудник Центра космических полетов имени Маршалла НАСА Рене Вебер, которая также является членом научной группы НАСА «Артемида» — широкой группы ученых со всего агентства, работающих над началом новой эры науки о глубоком космосе.
Будучи лунным сейсмологом и лунным геофизиком, Вебер предоставляет экспертную помощь научной группе «Артемида», включая знания о типах сейсмических событий, которые могут произойти на Луне, чтобы лучше понять ее внутреннюю геологию и поверхностную среду.
«В этом исследовании изучались тектонические разломы и крутые склоны южнополярного региона Луны, и было обнаружено, что некоторые районы подвержены сейсмическим сотрясениям и оползням реголита», — сказал Вебер. «После того, как разломы были нанесены на карту, мы рассчитали размеры потенциальных лунных землетрясений, которые могут возникнуть, чтобы создать карту сейсмической опасности в окрестностях тектонических разломов и крутых склонов».
Исследование показало, что относительно небольшие молодые надвиги, называемые лопастными уступами, широко распространены в лунной коре. Уступы образуются там, где силы сжатия разрушают кору и толкают или толкают породу на одной стороне разлома вверх и через скалу на другой стороне. Сокращение вызвано охлаждением все еще горячих недр Луны и приливными силами Земли, что приводит к глобальному сжатию. Уступы были идентифицированы на изображениях, сделанных камерой Lunar Reconnaissance Orbiter на борту LRO (Lunar Reconnaissance Orbiter) НАСА .
Формирование разломов сопровождается сейсмической активностью в виде малоглубинных лунных землетрясений. Такие мелкие лунные землетрясения были зарегистрированы Пассивной сейсмической сетью Аполлона, серией сейсмометров, развернутых астронавтами Аполлона, и потенциально также могут быть зарегистрированы новым сейсмическим инструментом, который планируется запустить в следующем году на борту предстоящего полета CLPS (Коммерческая служба лунной полезной нагрузки). Этот инструмент – Farside Seismic Suite – вернет первые сейсмические данные агентства с обратной стороны Луны, помогая ученым понять тектоническую активность региона. Эти данные также могут показать, как часто на обратную сторону Луны воздействуют небольшие метеориты, и определить, отличается ли сейсмичность на обратной стороне Луны от той, которая была измерена во время Аполлона на ближней стороне Луны.
«Чтобы лучше понять сейсмическую опасность, которую представляет будущая деятельность человека на Луне, нам нужны новые сейсмические данные не только на Южном полюсе, но и во всем мире», — сказал Вебер. «Миссии, подобные предстоящему сейсмическому комплексу Farside Seismic Suite, а также будущие потенциальные миссии, такие как концепция Лунной геофизической сети, расширят измерения, проведенные во время «Аполлона», и дополнят наши знания о глобальной сейсмичности».
Эпицентр одного из сильнейших лунных землетрясений, зарегистрированных в ходе пассивного сейсмического эксперимента «Аполлон», находился в южной полярной области Луны. Однако точное местоположение эпицентра определить не удалось. Облако возможных местоположений (пурпурные точки и голубой многоугольник) сильного неглубокого лунного землетрясения с использованием алгоритма перемещения, специально адаптированного для очень разреженных сейсмических сетей, распределено вблизи полюса. Синими прямоугольниками показаны места предполагаемой высадки Артемиды III. Лопастные надвиговые уступы показаны небольшими красными линиями. Облако эпицентров охватывает ряд лопастных уступов и многие районы высадки Артемиды III. НАСА/LROC/ASU/ Смитсоновский институт
Поскольку НАСА разрабатывает долгосрочную инфраструктуру на лунной поверхности, исследования Вебера предоставят неоценимую информацию для научной группы «Артемида», которая будет совершенствовать архитектуру миссий, сохраняющую гибкость для науки и операций на различных посадочных площадках, и будет применять новые научные знания, такие как по мере продолжения исследований по сейсмическим измерениям, собранных по пути.
По словам Вебера, исследование не влияет на процесс выбора региона приземления Артемиды III, потому что трудно точно оценить, как часто в конкретном регионе происходят лунные землетрясения, и, как и в случае с землетрясениями, ученые не могут предсказать лунные землетрясения. Кроме того, для более короткой миссии, такой как «Артемида III», вероятность возникновения опасностей из-за сейсмических сотрясений намного ниже.
По мере того, как НАСА разрабатывает долгосрочную инфраструктуру, агентство будет определять потенциальные регионы, где могут быть установлены различные элементы, ближе к датам будущих миссий Артемиды. В этом процессе выбора места некоторыми из факторов, которые следует учитывать, могут быть географические характеристики, такие как близость к тектоническим особенностям и рельефу, что делает исследование Вебера еще более ценным.
НАСА будет измерять лунные землетрясения с помощью миссии InSight Mars, которую использовали для исследования Марса
Технология, лежащая в основе двух сейсмометров, составляющих сейсмический комплекс НАСА Farside, использовалась для обнаружения более тысячи землетрясений на Красной планете. Один из двух сейсмометров, адаптированных для лунной поверхности, на основе инструментов, первоначально разработанных для марсианского корабля НАСА InSight, зафиксировал более 1300 марсотрясений до завершения миссии в 2022 году.
Эти два сейсмометра, часть полезной нагрузки под названием Farside Seismic Suite (FSS), прибудут в 2026 году в бассейн Шрёдингера, широкий ударный кратер, расположенный примерно в 300 милях (500 километрах) от Земли — на Южный полюс Луны. Автономный комплекс, работающий на солнечной энергии, имеет собственный компьютер и коммуникационное оборудование, а также возможность защитить себя от сильной жары лунного дня и холодных ночных условий.
Прибор для сейсмического эксперимента по внутренней структуре (SEIS) на борту аппарата Mars InSight НАСА находится внутри шестиугольного корпуса медного цвета на этой фотографии, сделанной камерой роботизированной руки спускаемого аппарата 4 декабря 2018 года. Технология SEIS используется на Farside Seismic. Сюита, направляющаяся на Луну. НАСА/Лаборатория реактивного движения-Калифорнийский технологический институт
Этот комплекс, который в 30 раз более чувствителен, чем его предшественники на Аполлоне, будет регистрировать сейсмическую «фоновую» вибрацию Луны, вызываемую микрометеоритами размером с мелкую гальку, которые падают на поверхность. Это поможет НАСА лучше понять текущую среду воздействия, поскольку агентство готовится отправить астронавтов Артемиды для исследования лунной поверхности.
Ученые-планетологи хотят узнать, что ФСС расскажет им о внутренней активности и структуре Луны. То, что они узнают, даст представление о том, как формировалась и развивалась Луна, а также скалистые планеты, такие как Марс и Земля.
На снимке во время сборки в ноябре 2023 года во внутреннем кубе Farside Seismic Suite находится большая батарея полезной нагрузки НАСА (сзади) и два сейсмометра. В золотом устройстве в форме шайбы находится датчик короткого периода, а в серебряном корпусе — сверхширокополосный сейсмометр. НАСА/Лаборатория реактивного движения-Калифорнийский технологический институт
Очень широкополосный сейсмометр, или VBB, является самым чувствительным сейсмометром, когда-либо созданным для использования в освоении космоса: он может обнаруживать движения земли размером меньше одного атома водорода. Толстый цилиндр диаметром около 5 дюймов (14 сантиметров), он измеряет движение вверх и вниз с помощью маятника, удерживаемого пружиной. Первоначально он был создан французским космическим агентством CNES (Национальным центром пространственных исследований) в качестве инструмента для экстренной замены («запасной запасной вариант») для InSight.
Меньший сейсмометр комплекса, названный датчиком короткого периода, или SP, был построен компанией Kinemetrics в Пасадене, Калифорния, в сотрудничестве с Оксфордским университетом и Имперским колледжем в Лондоне. Устройство в форме шайбы измеряет движение в трех направлениях с помощью датчиков, выгравированных на трех квадратных кремниевых чипах, каждый шириной около 1 дюйма (25 миллиметров).
Полезная нагрузка ФСС была собрана в Лаборатории реактивного движения в прошлом году. В последние недели он выдержал строгие экологические испытания в вакууме и при экстремальных температурах, имитирующих космический космос, а также сильную тряску, имитирующую движение ракеты во время запуска.
Заряженная лунная пыль
Исследователи изучают данные недавних суборбитальных летных испытаний, чтобы лучше понять лунный реголит, лунную пыль, и его потенциально разрушительные последствия. Эксперимент, разработанный совместно НАСА и Университетом Центральной Флориды, проливает свет на то, как эти абразивные пылинки взаимодействуют с астронавтами, их скафандрами и другим оборудованием на Луне.
Эксперимент по взаимодействию электростатического реголита (ERIE) был одним из 14 полезных нагрузок, поддерживаемых НАСА, запущенных 19 декабря на борту беспилотной ракеты New Shepard компании Blue Origin с стартовой площадки номер один в Западном Техасе. Во время летных испытаний ERIE собрал данные, чтобы помочь исследователям Космического центра Кеннеди во Флориде изучить трибозаряд, или заряды, вызванные трением, в условиях микрогравитации.
Луна сильно заряжена такими явлениями, как солнечный ветер и ультрафиолетовый свет Солнца. В таких условиях зерна реголита притягиваются к исследователям Луны и их оборудованию. Достаточное количество реголита может привести к перегреву инструментов или некорректной работе инструментов.
Одна из главных проблем заключается в том, что на Луне невозможно что-либо электрически заземлить. Таким образом, даже посадочный модуль, марсоход или вообще любой объект на Луне будет иметь полярность. На данный момент нет хорошего решения проблемы с зарядом пыли. «Пыль имеет острые края, которые могут поцарапать поверхности и заблокировать тепловые радиаторы», — сказал Джей Филлипс, руководитель отдела электростатики и зарядки космических аппаратов НАСА Кеннеди.
Капсула экипажа New Shepard спускается на парашютах во время запуска во вторник, 19 декабря 2023 года. Blue Origin
Полезная нагрузка ERIE провела около трех минут в условиях микрогравитации во время суборбитального полета капсулы New Shepard, который длился около 10 минут, прежде чем благополучно приземлиться обратно на Землю в пустыне Техаса. Камера записала взаимодействие, а Филипс и его команда просматривают данные.
Результаты послужат основой для будущих миссий, предназначенных на поверхность Луны. Например, используя трибоэлектрические датчики на колесах марсохода, астронавты могут измерять положительные и отрицательные заряды между транспортным средством и реголитом на поверхности Луны. Конечная цель — разработать технологии, которые помогут предотвратить прилипание и повреждение костюмов и электроники космонавтов во время миссий.