Луна кажется почти неизменной. На фотографиях её поверхность выглядит как древний, безжизненный ландшафт, покрытый кратерами, горами и равнинами. Однако история космических исследований постепенно добавляет к этому ландшафту новые детали. С начала космической эры в поверхность Луны неоднократно врезались созданные человеком аппараты, разгонные блоки и ступени ракет.
Для самой Луны такие столкновения ничтожны по сравнению с естественными ударами астероидов и метеороидов. Но для науки они представляют интерес: контролируемые падения позволяют изучать свойства лунного грунта, проверять системы наблюдения и иногда получать данные о том, как ведёт себя поверхность при ударе.
Кроме того, искусственные столкновения стали своеобразной частью истории освоения Луны. Первым рукотворным объектом, достигшим её поверхности, стала советская автоматическая станция «Луна-2» в 1959 году. С тех пор к ней присоединились десятки других аппаратов и ракетных ступеней.
«Луна-2» открыла историю рукотворных ударов по Луне
12 сентября 1959 года Советский Союз запустил автоматическую межпланетную станцию «Луна-2».
Главной задачей миссии было достижение поверхности Луны. Аппарат не предназначался для мягкой посадки: он должен был столкнуться с Луной и тем самым подтвердить, что космический аппарат способен достичь поверхности другого небесного тела.
14 сентября «Луна-2» достигла Луны в районе между Морем Ясности и Море Дождей.
Аппарат перестал передавать сигналы в момент столкновения. Таким образом, «Луна-2» стала первым созданным человеком объектом, достигшим поверхности Луны.
Для своего времени это было принципиальное достижение. До этого человечество ещё не имело подтверждённого факта непосредственного достижения поверхности другого небесного тела.
Сам аппарат после столкновения не сохранился в рабочем состоянии, однако научное значение миссии оказалось огромным.
Удар был частью научной задачи
Столкновение «Луны-2» с поверхностью нельзя считать аварией в современном смысле.
Аппарат изначально создавался для достижения Луны без посадки.
Такие миссии получили название ударных или импакторных. Их преимущество заключается в том, что не обязательно разрабатывать сложную систему мягкой посадки.
Для ранней космонавтики это было особенно важно.
Нужно было сначала доказать саму возможность отправки аппарата к Луне и точного попадания в её поверхность.
«Луна-2» выполнила эту задачу.
США использовали искусственные удары по Луне для изучения её недр
Через несколько лет после первых советских миссий американская программа Apollo начала использовать искусственные столкновения уже как научный инструмент.
Во время лунных экспедиций астронавты устанавливали на поверхности приборы, способные регистрировать сейсмические колебания.
Одним из способов получить сильный сейсмический сигнал было намеренное падение на Луну отработавших частей космического аппарата.
Когда объект ударяется о лунную поверхность, энергия столкновения распространяется в виде сейсмических волн.
Сейсмометры фиксируют эти колебания, а учёные анализируют время их распространения и характеристики.
Так можно получать сведения о внутреннем строении Луны.
Сейсмические эксперименты Apollo
Астронавты миссий Apollo разместили на Луне сеть научных приборов, включая сейсмометры.
Эти инструменты стали частью Apollo Lunar Surface Experiments Package — комплексов научного оборудования, устанавливавшихся на поверхности.
Сейсмометры регистрировали не только естественные лунотрясения, но и искусственные события.
Отработанные ступени лунных модулей намеренно направляли на поверхность после завершения основной части миссии.
Это давало исследователям известный источник сейсмического сигнала.
В отличие от естественного удара метеороида, координаты, время и масса падающего объекта были известны заранее.
Это значительно упрощало интерпретацию полученных данных.
Почему искусственный удар полезнее случайного
Естественные столкновения с Луной происходят постоянно, но учёные не могут заранее знать точные характеристики каждого небольшого метеороида.
У искусственного объекта всё иначе.
Исследователям заранее известны его масса, траектория и время столкновения.
Поэтому сигнал сейсмометров можно связать с конкретным событием.
Это позволяет использовать падение аппарата как своеобразный контролируемый эксперимент.
Учёные знают, что произошло и когда произошло, а затем смотрят, как волна распространяется по лунной поверхности и недрам.
Лунный грунт оказался необычным проводником сейсмических волн
Исследования Apollo показали, что Луна сильно отличается от Земли по характеру распространения сейсмических волн.
Лунный грунт и верхние слои поверхности имеют рыхлую и сильно разрушенную структуру.
Это связано с огромным количеством ударов, которые Луна пережила за миллиарды лет.
При этом отсутствие атмосферы и активных геологических процессов позволяет древним следам ударов сохраняться чрезвычайно долго.
Сейсмические эксперименты помогли учёным лучше понять внутреннее строение Луны и её геологическую историю.
Падение ракетных ступеней продолжилось после Apollo
После завершения программы Apollo искусственные столкновения с Луной не прекратились.
Некоторые аппараты специально направлялись на поверхность после завершения научной программы.
Другие объекты падали на Луну в результате окончания срока службы или невозможности продолжать управляемый полёт.
Поскольку лунная орбита и межпланетные траектории требуют постоянной коррекции, отработанные аппараты могут в конечном итоге столкнуться с поверхностью.
Такие события иногда становятся частью научной программы.
LCROSS специально устроили столкновение с Луной
Одним из наиболее известных современных примеров стал американский аппарат LCROSS — Lunar Crater Observation and Sensing Satellite.
Миссия была запущена в 2009 году вместе с лунным орбитальным аппаратом LRO.
Целью LCROSS было исследование вещества, находящегося в постоянно затенённом кратере около южного полюса Луны.
Эти районы представляли особый интерес из-за возможности существования там водяного льда.
Чтобы получить доступ к материалу под поверхностью, аппарат должен был создать удар.
Удар LCROSS произошёл в кратере Кабеус
9 октября 2009 года верхняя ступень ракеты Atlas V, использовавшаяся при запуске миссии, столкнулась с поверхностью Луны в кратере Кабеус.
Через несколько минут после этого в тот же район направился сам аппарат LCROSS.
Задача состояла в том, чтобы наблюдать облако вещества, поднятое первым ударом.
Телескопы и космический аппарат должны были исследовать выброшенный материал и определить его состав.
Таким образом, удар стал не побочным событием, а центральной частью эксперимента.
В выброшенном облаке обнаружили воду
Наблюдения LCROSS показали наличие воды в выброшенном из кратера материале.
Это стало одним из важных подтверждений того, что в постоянно затенённых областях около лунных полюсов действительно существует вода в виде льда и других соединений.
Открытие имело большое значение для дальнейшего изучения Луны.
Вода на Луне представляет интерес как научный объект и как потенциальный ресурс для будущих экспедиций.
При этом важно различать наличие воды и возможность её практической добычи. Сам факт обнаружения льда не означает, что его легко извлекать или использовать.
Почему именно полярные кратеры так важны
Лунная ось наклонена таким образом, что в некоторых глубоких полярных кратерах солнечный свет практически не достигает дна.
Такие области называют постоянно затенёнными.
Температура там чрезвычайно низкая, а вещество может сохраняться в течение очень длительного времени.
Лёд, попавший в такие области, может оставаться стабильным на протяжении геологических эпох.
Поэтому полярные кратеры представляют собой своеобразные естественные хранилища летучих веществ.
Удар LCROSS позволил исследовать материал такого района непосредственно.
LRO наблюдал множество лунных столкновений
Орбитальный аппарат Lunar Reconnaissance Orbiter, или LRO, работает вокруг Луны с 2009 года.
Одной из его задач стало подробное картографирование поверхности.
Высококачественные снимки позволили обнаруживать новые небольшие кратеры и сравнивать поверхность Луны в разные периоды.
Это особенно важно для изучения современных ударов.
Если аппарат или ступень ракеты падает на поверхность, LRO может впоследствии попытаться обнаружить образовавшийся кратер.
Такие наблюдения помогают оценивать, насколько сильно небольшие столкновения изменяют лунный ландшафт.
На Земле небольшие ударные кратеры со временем исчезают.
Их разрушают ветер, вода, растительность, осадки и тектонические процессы.
На Луне почти нет атмосферы и жидкой воды на поверхности, а активная тектоника крайне слаба.
Поэтому следы ударов могут сохраняться очень долго.
Это относится и к естественным метеоритным кратерам, и к искусственным столкновениям.
Для учёных это одновременно преимущество и проблема.
С одной стороны, древние следы позволяют изучать историю Луны.
С другой — каждый новый аппарат физически изменяет поверхность, пусть и на очень небольшом участке.
Лунная поверхность постоянно меняется
Даже несмотря на внешнюю неподвижность, поверхность Луны не является абсолютно статичной.
На неё постоянно падают микрометеороиды.
Более крупные объекты сталкиваются с Луной гораздо реже, но создают новые кратеры.
Солнечный ветер и космическое излучение также постепенно изменяют верхний слой грунта.
Этот процесс называют космическим выветриванием.
Искусственные столкновения добавляют к этим естественным процессам ещё один источник изменений.
Сколько рукотворных объектов уже достигло Луны
За десятилетия космической эры к поверхности Луны направлялось множество аппаратов.
Часть из них была рассчитана на мягкую посадку и осталась на поверхности в результате завершения миссии.
Другие были импакторами.
Некоторые орбитальные аппараты после окончания работы также сходили с орбиты и сталкивались с Луной.
К этому списку добавляются отработанные ступени ракет.
Поэтому поверхность Луны сегодня содержит значительное количество созданных человеком объектов.
Однако их масса и размеры ничтожны по сравнению с естественным веществом Луны и миллиардами лет метеоритной бомбардировки.
Столкновения помогают проверять лунные сейсмометры
Намеренное падение космического аппарата удобно для проверки научных приборов.
Если исследователь заранее знает время и координаты столкновения, он может проверить, насколько хорошо сейсмометры фиксируют сигнал.
Это особенно важно для будущих сетей приборов.
Чем больше сейсмометров размещено на поверхности, тем точнее можно определять положение источника колебаний и изучать структуру Луны.
Искусственные удары в этом случае становятся своеобразными контрольными экспериментами.
Луна становится всё более изученной
Первые советские и американские аппараты исследовали Луну в основном как ближайшее к Земле небесное тело.
Современные миссии ставят более конкретные задачи.
Учёные изучают полярные области, распределение льда, свойства реголита, внутреннее строение и историю геологических процессов.
Для этого используются орбитальные аппараты, посадочные станции, роверы и другие системы.
В некоторых случаях контролируемое столкновение остаётся эффективным способом получить информацию, которую невозможно получить обычной съёмкой.
Новая эпоха лунных миссий увеличит количество объектов на Луне
В последние годы интерес к Луне значительно вырос.
Различные страны и частные компании разрабатывают новые посадочные аппараты, орбитальные системы и транспортные средства.
Это означает, что в будущем на поверхности Луны появится ещё больше созданных человеком объектов.
Часть из них останется после завершения миссий.
Другие могут быть специально направлены на поверхность для научных экспериментов.
При этом современная лунная программа всё чаще рассматривает поверхность Луны как место для длительной деятельности, а не только как конечную точку отдельных экспедиций.
Контролируемые удары могут использоваться и в будущем
Удар по Луне может быть полезен, если его заранее включить в научную программу.
Падающий объект способен создать кратер, выбросить грунт с определённой глубины или вызвать сейсмический сигнал.
После этого орбитальные и наземные приборы могут изучить последствия.
Такой подход позволяет получать информацию о лунной поверхности без необходимости доставлять сложное буровое оборудование.
Однако выбор места столкновения требует осторожности.
Районы будущих исследований и потенциальных посадок необходимо защищать от ненужного загрязнения и разрушения.
Лунный грунт становится научным архивом
Реголит содержит информацию о длительной истории Луны.
В нём сохранились следы ударов, воздействия солнечного ветра и космического излучения.
В глубине некоторых областей могут находиться летучие вещества, включая воду.
Поэтому каждый новый удар способен как помочь науке, так и изменить объект исследования.
Современные миссии должны учитывать это противоречие.
С одной стороны, удар может быть полезным инструментом.
С другой — поверхность Луны является уникальным природным архивом, который невозможно восстановить после изменения.
От «Луны-2» до современных ракетных ступеней
История рукотворных столкновений с Луной началась не как отдельная научная программа.
В 1959 году главной задачей «Луны-2» было доказать возможность достижения поверхности Луны.
Позднее специалисты научились использовать такие столкновения целенаправленно.
Миссии Apollo превратили падения отработанных ступеней в инструмент сейсмологических исследований.
LCROSS использовал удар для выброса вещества из постоянно затенённого полярного кратера и обнаружения воды.
Современные орбитальные аппараты позволяют искать следы новых столкновений и изучать их последствия.
Так обычный результат завершения космической миссии превратился в полноценный научный метод.
Следующий этап — более ответственное освоение Луны
Будущее лунных исследований отличается от эпохи первых полётов.
Теперь задача заключается не только в том, чтобы достичь Луны.
Необходимо сохранить возможность её изучения для следующих поколений, одновременно получая необходимые научные данные и развивая инфраструктуру.
Поэтому каждое намеренное столкновение должно иметь понятную научную цель.
Если удар позволяет изучить внутреннее строение Луны, состав полярного льда или свойства реголита, он становится частью эксперимента.
Если же объект просто оставляет после себя кратер, не предоставляя научной информации, его ценность гораздо ниже.
Луна уже хранит историю космической эры
Сегодня поверхность Луны представляет собой не только геологическую историю естественного спутника Земли.
На ней находятся следы десятилетий человеческой деятельности.
Есть места посадок автоматических станций и пилотируемых экспедиций, научное оборудование, оставшиеся элементы аппаратов и искусственные кратеры.
Большинство этих объектов почти незаметны на фоне огромной лунной поверхности.
Но каждый из них связан с определённым этапом развития космонавтики.
Первым таким этапом стал удар «Луны-2» в 1959 году.
Затем последовали научные эксперименты Apollo, полярный удар LCROSS и многочисленные завершившие работу космические аппараты.
История продолжается и сегодня.
Луна остаётся одним из немногих мест за пределами Земли, где можно непосредственно увидеть материальные следы человеческой деятельности. И в ближайшие годы таких следов, вероятно, станет больше — вместе с объёмом научных данных о самом загадочном для человечества небесном теле, находящемся всего в нескольких днях пути от Земли.
Источники:
Статья создана по материалам Space.com
