есть ли вода на луне и в каком состоянии
Вода Луны — крошечные участки льда. Ученые подтвердили их существование и объяснили, почему это важно
Ученые подтвердили, что на поверхности Луны есть вода. В этот раз ее обнаружили на солнечной стороне спутника, а именно — в кратере Клавиуса на Южном полушарии. Ученые посчитали, что любое новое подтверждение наличия воды на Луне — прекрасная новость, ведь это знание открывает новые направления исследований.
Ученые смогли точно определить, что на Луне есть молекулярная вода. NASA с помощью своего орбитального аппарата зафиксировало, что на спутнике Земли есть множество холодных ловушек — мест, куда не попадает солнечный свет. Кроме того, даже в освещаемых регионах они есть — до сантиметра в диаметре. Ученые подсчитали, что суммарно на Луне порядка 40 тысяч квадратных километров могут быть покрыты льдом. А температуры в этих областях доходят до минус 180 градусов Цельсия.
На поверхности Луны уже неоднократно проводили спектральные исследования и замечали там признаки гидратации. Но детально никто не мог отличить свободную воду от гидроксильной группы, связанной в минералах.
Новое исследование удалось провести с помощью самолета, на который установили спектрометр стратосферной обсерватории ИК-астрономии SOFIA. Наблюдения аппарата позволили подтвердить, что на Луне есть H2O.
Источник фото: NASA
По мнению ученых, вода на Луне точно есть, потому что она доставлялась туда на протяжении миллиардов лет кометами и астероидами и могла сохраняться в холодных ловушках. Если это так, то не исключено, что лунная вода пригодна для питья и создания ракетного топлива.
Лунная вода
В беседе с «360» заведующий лабораторией космической гамма-спектроскопии Института космических исследований РАН Игорь Митрофанов отметил, что, по сути, воду на Луне открыли уже в восьмой раз. По его словам, наличие воды в полярных районах спутника Земли было хорошо известно, а то, что на освещенных участках она есть, стало ясно еще 10 лет назад. Просто эта вода может находиться на глубине около 10 сантиметров, а может, и метра.
Очередное подтверждение, что на Луне есть вода, важно, потому что H2O могли принести на спутник Земли кометы — сгустки межпланетного вещества, которые остались после образования Солнечной системы. В такой воде могут быть сложные молекулярные соединения космического происхождения. Некоторые даже могут быть предбиологическими, то есть это сложные структуры, вероятно, с фрагментами аминокислот. Не исключено, что то, что сохранилось на Луне, — это то же вещество, которое когда-то кометы принесли на Землю. Только на нашей планете оно стало участвовать в процессе возникновения жизни, а на Луне осталось в «холодильнике».
Луна — важнейший природный ресурс для поддержания в перспективе лунной базы, создания лунных космодромов, из воды можно вырабатывать кислород, чтобы люди могли дышать. Водород из воды — прекрасное топливо для будущих космических аппаратов
Вода на Луне могла появиться из двух источников. Первый — кометы. Эти глыбы водяного льда сталкивались с Луной, взрывались, испарялись, создавая временную атмосферу, а потом застревали в холодных ловушках, образуя лунную вечную мерзлоту.
Другой механизм — солнечная вода. Луну обтекает солнечный ветер, а это ядра водорода. Попадая в вещество Луны, ядра водорода вступают в химические реакции с кислородом и образуют гидроксил. Затем присоединяется еще один атом водорода, возникает H2O.
Источник фото: Pixabay
Митрофанов объяснил, что слова ученых о 40 тысячах квадратных километров воды на Луне — это не совсем корректная формулировка.
Это не озеро, это вещество с повышенной концентрацией воды. Тут лучше сравнивать это с вечной мерзлотой у нас в Якутии, где вещество является промерзшим грунтом с высоким содержанием воды. Сколько это накапливалось — сотни миллионов лет
Митрофанов отметил, что лунная вода — такая же, как и на Земле. Но не исключено, что в воде из комет есть сложные химические соединения. Но основа — H2O — такая же, как и везде.
Возможность переписать историю
Ведущий научный сотрудник Института космических исследований РАН Натан Эйсмонт рассказал «360», что ученые уже давно ждали новых подтверждений, что на Луне есть вода. Для человечества это тоже важная информация, ведь если есть вода, значит, из нее можно делать топливо. Но только при условии большого количества электроэнергии. Элементы H2O можно разделить, чтобы использовать для, например, полетов в космос.
Источник фото: Pixabay
С научной точки зрения существование воды на спутнике может объяснить гипотезу о происхождении системы Земля — Луна. Есть наиболее популярная теория, что порядка четырех миллиардов лет назад с ранее существовавшей Землей столкнулось небесное тело, которое вырвало ее кусок. В результате та Земля полностью расплавилась, а этот выброшенный сгусток материи и стал Луной. Но остается вопрос: найденная на Луне вода уже была там или ее принесли кометы. Вот на изучение этого и будут направлены дальнейшие исследования. Двигаясь в этом направлении, ученые смогут понять что-то новое об эволюции Солнечной системы.
Если говорить о фундаментальных исследованиях, здесь много вопросов непроизнесенных. Допустим, там существование воды подтверждено, но вода же бывает разная. Здесь история может быть как-то уточнена или исправлена, если мы изотопный состав узнаем
Помимо гипотезы о том, что воду на Луну могли занести кометы, есть и менее популярная. Идея в том, что вода была изначально в составе материи, из которой образовывались планеты.
Эйсмонт отметил, что если на Луне нашли воду, это не значит, что она точно такая же, как и на Земле. Структура H2O сохраняется, но в лунной воде могут быть разные примеси. Например, повышенное содержание трития. Другими словами, изотопный состав воды на Луне может быть другим.
Как ученые обнаружили воду на Луне и для чего она им нужна?
До середины XX века ученые были уверены, что на Луне нет воды. Они тщательно разглядывали спутник через телескопы и не могли обнаружить на нем ни озер, ни облаков. Впервые о том, что на спутнике нашей планеты может быть вода, заговорили советские ученые. А уже потом аэрокосмическое агентство NASA объявило, что на нем действительно есть вода, но не в жидкой форме, а в ледяной. Признаки наличия воды на Луне были обнаружены только на его темной стороне, куда не поступает солнечный свет. Но недавно американские ученые смогли найти признаки воды даже на солнечной стороне спутника. Эта новость считается очень важной для научного сообщества и ее обсуждают многие зарубежные издания. Но почему же эта тема стала настолько обсуждаемой? И вообще, как ученые обнаружили следы воды на Луне, если они не бывали на ней с 1969 года? Давайте разбираться.
На Луне может быть больше воды, чем считалось ранее
Изучение Луны
Ученые постоянно наблюдают за естественным спутником Земли. На данный момент известно, что на Луне есть около 30 кратеров диаметром более 200 километров. Впервые о возможности наличии в них воды стало известно в 1976 году, в ходе изучения данных, собранных советской межпланетной станцией «Луна-24». В те времена признаки наличия воды на Луне были найдены в доставленных на Землю образцах лунного грунта. Но сегодня ученым доступны более изощренные технологии. Благодаря им, поиском воды на отдаленных от нашей планеты космических объектах можно заниматься, даже не посещая их.
Межпланетная станция «Луна-24»
С мая 2010 года, на высоте 13 километров от поверхности земли, время от времени летает стратосферная обсерватория SOFIA. По своей сути, это телескоп, который установлен на борт самолета Boeing 747. Летательный аппарат набирает достаточную высоту, чтобы получать такие же точные данные о космических объектах, как и находящиеся на земной орбите телескопы. Установленное вместе с телескопом оборудование предназначено для слежение за рождением и гибелью звезд, формированием звездных систем и изучения космических объектов внутри Солнечной системы.
Стратосферная обсерватория SOFIA — совместный проект США и Германии
Обнаружить воду на Луне помогла технология инфракрасной спектроскопии. Под этим термином подразумевается пропускание инфракрасного излучения через различные вещества. Когда излучение проходит через них, молекулы и их отдельные фрагменты начинают совершать колебательные движения. Изучив эти изменения, ученые могут распознать, через какое именно прошли лучи. В августе 2018 года стратосферная обсерватория SOFIA сканировала солнечную сторону Луны и в ходе этого процесса ученые обнаружили явные признаки наличия воды.
Считается, что вода попадает на Луну вместе с падающими на ее поверхность метеоритами.
Сколько воды на Луне?
Молекулы воды были найдены на расположенном на южных широтах кратере Клавий, а также на так называемом Море Ясности недалеко от экватора. Правда воды там не так уж и много — по земным меркам, ее количество просто ничтожно. Так, в кратере Клавий концентрация воды составляет от 100 до 400 микрограмм на грамм грунта. По словам ученых, даже на земной пустыне Сахара содержится в 100 раз больше воды, чем на этой области нашего спутника.
Сверху Море Ясности, а снизу — кратер Клавий
Вода на Луне есть, но ученые пока находят только малое количество
Но на солнечной стороне вода не может перейти в твердое состояние из-за солнечного тепла. На данный момент ученые точно не знают, как молекулы воды сохраняются на светлой стороне Луны. Но есть предположение, что они таятся в пустотах между зернами лунного грунта. По словам астрофизика Пола Герца (Paul Gertz), данное открытие доказывает, что ученым до сих пор мало что известно о лунной поверхности. Если жидкость есть даже на солнечной стороне спутника, значит, на теневой части ее может быть еще больше.
Освоение Луны
Поиск воды на земном спутнике необходим, потому что в будущем там планируется построить станцию. Она будет своеобразным перевалочным пунктом для космических путешественников, которые будут держат путь на далекие планеты. В 2024 году на Луну будут отправлены астронавты, принимающие участие в миссии «Артемида» по возвращению американцев на Луну. А уже потом на поверхности земного спутника хотят построить огромную базу. Для ее строительства и поддержания жизни астронавтов потребуется вода. Транспортировка с Земли будет стоить дорого, а если на Луне будет открыт естественный источник воды, космические агентства смогут сэкономить много денег. А на космических кораблях останется больше места для доставки научного оборудования.
Вода понадобится будущим колонизаторам Луны
Если вам интересны новости науки и технологий, подпишитесь на наш Telegram-канал. Там вы найдете анонсы свежих новостей нашего сайта!
Возможно, в будущем Луна будет разделена на территории, принадлежащие определенным странам. Недавно аэрокосмическое агентство NASA даже разработала правила по освоению Луны. Согласно так называемому «Соглашению Artemis», страны смогут добывать ресурсы только на своих территориях и будут должны соблюдать границы. Но как именно будут распределяться территории, пока никому неизвестно. Вероятно, каждая страна захочет получить клочок лунной поверхности с большим количеством воды. Остается надеяться, что этот вопрос можно будет решить мирным путем.
НАСА обнаружило воду на Луне. Почему это важно для будущих экспедиций?
НАСА хочет построить на Луне постоянные базы
Несколько дней назад НАСА заинтриговало научную общественность, сообщив, что вскоре будет объявлено об очень интересном открытии, связанном с Луной. И вот космическое агентство представило убедительные доказательства наличия воды на спутнике Земли.
Это «не оставляющее сомнений доказательство наличия воды» даст дополнительный толчок для развития программы НАСА по созданию лунной базы. Ожидается, что экспедиция сможет функционировать на Луне, используя ее природные ресурсы.
Выводы исследователей изложены в двух статьях, опубликованных в журнале Nature Astronomy.
При этом, если раньше воду находили в постоянно затемненной части лунных кратеров, то теперь ее выявили в местах, освещаемых солнцем.
Автор фото, Victoria Gill
Наличие воды может стать одним из решающих факторов при выборе места для лунной базы
Как ученые нашли воду на Луне?
Первое открытие было сделано с помощью инфракрасного телескопа «София». Обсерватория находится на борту самолета Boeing 747 и проводит наблюдения за звездным небом из стратосферы, благодаря чему ученым не мешает пар, находящийся в атмосфере.
Направляя инфракрасное излучение на лунную поверхность, ученые могут выяснить, что конкретно его отражает. Разные тела излучают разную энергию в инфракрасном спектре. В данном случае исследователи определили излучение, которое совпадает с излучением молекул воды.
Ученые предполагают, что молекулы воды могут находиться в пузырях лунного стекла или между песчинками на поверхности, которые защищают их в суровых условиях.
В другом исследовании ученые занимались поиском постоянно затемненных областей, которые называют ловушками холода. Потенциально вода в них может находиться постоянно. Ученые выяснили, что подобные холодные ловушки есть у обоих полюсов спутника, и пришли к выводу, что на площади примерно 40 тыс. кв. км лунной поверхности может быть вода.
Автор фото, Lockheed Martin
Астронавты отправятся к Луне на космическом корабле «Орион»
Насколько важно это открытие?
Конец истории Подкаст
По словам Сарджент, это открытие расширяет список мест, на которых можно было бы построить базу.
В ближайшие годы запланировано несколько миссий, которые отправятся к Луне для изучения ее околополюсных областей. В долгосрочной перспективе планируется строительство постоянных обитаемых баз на поверхности спутника.
По словам экспертов, добыча воды изо льда может существенно помочь будущим колонистам.
Будет гораздо дешевле изготавливать ракетное топливо на Луне, а не доставлять его с Земли. Поэтому в будущем для возвращения на Землю или для полета к другим космическим объектам люди смогут получать из воды водород и кислород, которые обычно применяются для заправки космических аппаратов.
Получение топлива на Луне поможет снизить стоимость космических путешествий и позволит сделать лунную базу более доступной.
Космический лёд. Чем отличается лунная вода от земной и можно ли её пить
Выяснилось, что запасы важнейшего для нашей планеты вещества сохранились на пустынной и беззащитной поверхности Луны даже там, где ярко светит Солнце. И это прекрасная новость для тех, кто будет работать на постоянных лунных станциях.
Лунный грунт, доставленный на Землю советским межпланетным аппаратом «Луна-16» в 1970 году. Фото © ТАСС / А. Вольгемут, Ю. Устинов, В. Шеффер
Это лунный грунт. Его доставил на Землю советский аппарат «Луна-16». Межпланетная станция, оснащённая буровым станком, мягко приземлилась в море Изобилия, набрала 101 грамм почвы и улетела с ценным грузом домой на собственной ракете. Посадочная ступень, конечно, осталась на Луне.
Это было в 1970 году — через год после того, как на Луне побывал экипаж «Аполлона-11». Американцы тогда привезли целых 22 килограмма. И со следующих миссий тоже привозили, набралось в общей сложности около 380 килограммов. Но достоверно заявить, что в этом грунте есть вода, американским учёным не удавалось: не очень герметично он был упакован, были подозрения, что вода проникала из нашей же атмосферы.
Меж тем Советский Союз в 1976 году повторил свою успешную миссию. «Луна-24» доставила 170 граммов грунта в идеально закрытой капсуле. И спустя два года кропотливых исследований было официально объявлено, что в этих 170 граммах примерно 0,1% воды.
Макет советской межпланетной станции «Луна-24», с помощью которой на Луне впервые нашли следы воды. Фото © Twitter / roscosmos
Это был прощальный подарок советской космонавтики. После этого почти 40 лет на Луну ничто созданное человеком не садилось. Лишь через 18 лет американский зонд «Клементина» подтвердил, что советские планетологи были правы. Он проводил радиолокацию лунной поверхности: посылал на неё сигналы, они отражались и принимались антеннами. И оказалось, что в районе бассейна Эйткена — это у Южного полюса — отражённый сигнал по мощности именно такой, какой бывает от воды. Точнее, ото льда. В 98-м году «Лунный геолог» (Lunar Prospector) с помощью своего спектрометра определил, что на поверхности примерно 1% воды, то есть, по тогдашним оценкам, 300 миллионов тонн.
Можно сказать, в одном кубическом метре лунного реголита порядка одного ведра воды. Чувствительность приборов позволяет проанализировать состав лунной поверхности на глубине до одного метра. Теперь нужно выяснить, есть ли вода на большей глубине, нужно лететь и бурить
Заведующий отделом ядерной планетологии Института космических исследований РАН
След катастрофы. Загадки обратной стороны Луны
В NASA, кстати, пытались проверить наличие воды на Луне путём интересного эксперимента: после выполнения всех задач Lunar Prospector решили посадить на поверхность. Или, может быть, скорее позволить ему упасть в заранее назначенной точке. Учёные надеялись, что от падения поднимется шлейф и измерительные приборы засекут в этом шлейфе ледяные кристаллики. Засечь должны были «Хаббл» и две обсерватории на Земле. Но только ничего не получилось: Lunar Prospector эффектно упал куда надо, а никакой пыли не поднялось. Хотя даже небольшое лунотрясение было. Обидно.
Попытку повторили через десяток лет — в 2009 году. И на этот раз всё-таки получили то, что хотели: одна из ступеней ракеты — носителя зонда Lunar Crater Observation and Sensing Satellite (LCROSS) упала в кратер Кабеус (опять-таки в лунной «Антарктиде») и нарушила его вечный покой. Вверх поднялись пыль и пар. Самый настоящий, водяной.
Облако пыли и водяного пара, поднявшееся в результате падения ступени ракеты-носителя в лунный кратер Кабеус. Фото © NASA
Чуть позже залежи замёрзшей воды нашлись и на лунном севере — в четырёх десятках кратеров диаметром от двух до пятнадцати километров. Как сообщили в NASA, совокупный объём водяных запасов в них — в районе 600 миллионов тонн.
В основном этот лёд космического происхождения. Это результат столкновения комет с Луной. Известно, что комета — это по большей части гигантская глыба льда. При ударах комет вода сначала распространяется по поверхности в виде водяного пара, возникает временная атмосфера, а затем она оседает слоем космического инея, а при повторных ударах уходит вглубь поверхности
Заведующий отделом ядерной планетологии Института космических исследований РАН
Google-карты не помогут. Как найти на Луне американский флаг
А это опять юг. Наверное, самый льдистый лунный кратер. Находится практически на самом полюсе. Вода составляет около 22% его поверхности. Она есть и на дне (на четырёхкилометровой глубине), и на склонах. Там, внизу, всегда темно и очень холодно — минус 150 по Цельсию и ниже. Как подчёркивают планетологи, это идеальные условия для сохранения льда.
Богатый водяным льдом кратер Шеклтон рядом с Южным полюсом Луны. Фото © NASA
Вот результат работы сканера Moon Mineralogy Mapper («Картограф лунной минералогии»), установленного на индийском аппарате «Чандраян-1». Голубые точки — это лёд.
Распределение поверхностного льда на Южном (слева) и Северном (справа) полюсе Луны. Фото © NASA
А теперь к этому списку открытий прибавилось ещё одно. Впервые воду нашли на видимой стороне Луны. А именно в кратере Клавий, это снова на юге. При наличии достаточно острого зрения его можно даже рассмотреть невооружённым глазом. Это один из древнейших и крупнейших лунных кратеров. Ему без малого четыре миллиарда лет. Значит, то, что оставило этот 230-километровый след, упало почти четыре миллиарда лет назад, то есть на заре формирования Солнечной системы. Стратосферная обсерватория SOFIA, установленная на борту самолёта Boeing 747SP, зафиксировала в Клавии признаки воды своей инфракрасной камерой: запечатлела свет соответствующей длины волны. То есть там тоже сверкает лёд. Измерения показывают, что внутри кратера концентрация воды примерно 355 миллилитров на кубометр грунта. Это раз в сто меньше, чем в пустыне Сахаре. И тем не менее чудо!
Лунный кратер Клавий. Фото © Flickr / Szabolcs Nagy
Обнаружение водяного льда на поверхности Луны, освещаемой Солнцем, — это важный результат, потому что это облегчает доступ к водяным ресурсам, проще будет использовать эту воду, если она есть на освещённой поверхности
Заведующий отделом ядерной планетологии Института космических исследований РАН
Спустя почти полвека наша страна наконец возвращается к полноценным исследованиям Луны. «Луна-25» просто обязана полететь в 2021 году: это будет поздравление создателям исторической «Луны-24» с 45-летием миссии. Правда, грунт новая станция не соберёт, но исследует ландшафт у Южного полюса: именно там решили строить российскую лунную базу. К воде поближе.
Я практически уверен, что мы возвращаемся на Луну навсегда. Люди будут не просто высаживаться на поверхности, как во времена лунной гонки в середине прошлого века, а посещать её регулярно, она будет чем-то вроде Антарктиды
Заведующий отделом ядерной планетологии Института космических исследований РАН
«Предок» Curiosity. Что случилось с первым марсоходом в истории
Согласно утверждённому плану, в 2029 году космический корабль «Орёл» доставит космонавтов на окололунную орбиту, а в 2030-м российский экипаж высадится на Луне на две недели. Ещё через четыре года на спутник доставят первый модуль будущей базы — и начнётся её строительство. В основном на Луне будут работать роботы, пояснил Игорь Митрофанов, а люди будут наведываться по мере необходимости.
Можно будет работать в земном институте и управлять процессом удалённо, как мы сейчас удалённо вынуждены работать. Но не всё можно поручить автоматам. Есть такие ситуации, когда требуется человеческая интуиция, человеческая догадка, и в этих случаях человек необходим. И в этих случаях будет, как мы говорим, интеграция и пилотируемой космонавтики, и автоматов для того, чтобы проводить эксперименты, которые нам понадобятся
Заведующий отделом ядерной планетологии Института космических исследований РАН
Одна из главных задач, по мнению учёного, — разработать надёжную защиту от космической радиации. Вот для этого человек на Луне точно будет нужен.
Если мы когда-то в перспективе собираемся лететь на Марс — а мы собираемся лететь на Марс, — то мы обязаны разработать системы защиты от радиации при продолжительном пребывании вне земного магнитного поля в условиях слабой гравитации. Очень может быть, что специалисты просто потребуют проведения таких экспериментов, когда люди там будут находиться продолжительное время
Заведующий отделом ядерной планетологии Института космических исследований РАН
Запасов воды на Луне хватит на все нужды, заверил доктор физико-математических наук: и на жизнедеятельность космонавтов и астронавтов, и на водородное топливо для будущих энергоустановок. Другой вопрос, подходит ли эта вода нам, землянам.
В кометной воде могут быть межзвёздные примеси, сложные молекулы. Ясно, что никто не стал бы рекомендовать космонавтам сразу же эту воду пить, но её легко очистить
Заведующий отделом ядерной планетологии Института космических исследований РАН
Лунные ледники хранят множество тайн, считает учёный. Некоторые из них могут оказаться ровесниками самой Луны, а значит, «помнят», что было в самом начале. Может быть, даже то, как всё-таки возникла жизнь на Земле.