С возросшим интересом к лунным миссиям космические агентства, частные компании и исследовательские организации сталкиваются с новым вызовом: выхлопные газы посадочных аппаратов на Луне способны загрязнить особо ценные участки поверхности, где могут храниться уникальные следы ранней истории Солнечной системы и предпосылок возникновения жизни на Земле. Эти результаты были получены в новом исследовании, опубликованном в журнале Journal of Geophysical Research: Planets.
Почему Луна важна для исследований происхождения жизни
Поверхность Луны — это своего рода космический архив геологической истории. В отличие от Земли, где процессы эрозии, тектоника плит и атмосфера стирают следы древних событий, лунная поверхность сохранялась в относительно неизменном состоянии в течение миллиардов лет. Особенно значимы так называемые постоянно затенённые районы (permanently shadowed regions, PSR) — глубокие кратеры на полюсах, куда никогда не проникает солнечный свет. В этих областях лед и замерзшие органические молекулы могли накапливаться и сохраняться в первозданном виде, поскольку низкие температуры препятствуют их потере или перераспределению.
Учёные особенно заинтересованы в том, чтобы обнаружить в этих запасах пребиотические органические молекулы — молекулы, связанные с предшественниками жизни, такие как сложные углеводороды или потенциальные «строительные блоки» ДНК и других молекул. Такие находки могли бы дать важную информацию о том, каким образом поставки материальных компонентов из комет и астероидов могли способствовать появлению жизни на Земле.
Выхлопные газы как источник загрязнения
В новом исследовании команда во главе с Сильвио Синнибальди (Silvio Sinibaldi) из Европейского космического агентства и Франциской Пайва (Francisca Paiva) из Instituto Superior Técnico построила компьютерные модели распространения молекул метана, выбрасываемого при посадке космического аппарата на поверхность Луны, на примере миссии Argonaut Европейского космического агентства.
Основной источник загрязнения — метан, который высвобождается при работе ракетных двигателей, использующих углеводородные топлива. Считается, что метан может оставаться на лунной поверхности достаточно долго, особенно в холодных условиях полярных PSR. Метан является простой органической молекулой, и если его концентрации окажутся значительными, это может затруднить различение между исконными органическими веществами и теми, что пришли с космических аппаратов.
Как метан распространяется по поверхности Луны
Моделирование движения молекул метана показало, что они ведут себя на Луне необычным образом. Поскольку у Луны практически нет плотной атмосферы, молекулы практически не сталкиваются с другими газами и движутся по поверхности под действием только гравитации и солнечного излучения. Их движение описывается как баллистическое «прыжковое» перемещение: молекулы испускаются с места посадки, поднимаются, затем падают на поверхность и снова поднимаются, подобно бесшумным «прыжкам».
Симуляции показали, что метан из выхлопных газов может достигнуть Северного полюса Луны менее чем за два лунных дня после посадки на Южном полюсе. За семь лунных дней (что составляет примерно семь земных месяцев) более половины метана может оказаться «холодно захваченным» в PSR: порядка 42 % вблизи Южного полюса и около 12 % — в северных областях. Такое распределение обусловлено тем, что холодные регионы эффективно улавливают органические молекулы, замедляя их движение.
Авторы исследования отметили, что время распространения было значительным сюрпризом: распространение молекул по всей поверхности Луны происходит гораздо быстрее, чем ожидалось. Это означает, что не существует полностью «безопасных» районов посадки, свободных от риска потенциального загрязнения полярных PSR выбросами.
Последствия для научных исследований
Такое распределение метана и возможных органических молекул вызывает серьёзную обеспокоенность у специалистов по планетарной защите и исследованию Луны. Целью многих будущих миссий является изучение льда и органических веществ в PSR, поскольку они могут предоставить редкие данные о происхождении материальных компонентов, доставленных на Луну миллиарды лет назад. Эти данные могут быть критически важными для понимания того, как жизненные элементы формировались и каким образом могли попасть на Землю.
Если же эти районы будут загрязнены молекулами, принесёнными человеком во время посадок, аналитические результаты будут труднее интерпретировать: станет сложнее отделить древние естественные вещества от современных загрязнений ксенобиотического происхождения.
Возможные подходы к минимизации загрязнения
Исследователи подчёркивают, что описанные эффекты не являются неизбежными, а требуют включения соответствующих мер планетарной защиты в планирование миссий. К таким мерам могут относиться:
- выбор более холодных или оптимальных посадочных площадок, где молекулы могли бы быстрее «конденсироваться» и меньше мешать научным измерениям;
- разработка технологий и процедур, уменьшающих выбросы органических соединений при приземлении;
- включение инструментов для измерения и мониторинга загрязнения на месте, чтобы подтвердить модели и точно оценить воздействие посадочных операций на данные.
Учёные также отмечают, что требуется дальнейшая проверка полученных моделей, включая экспериментальные измерения в реальных условиях на Луне, чтобы точно оценить, насколько значимыми окажутся эти эффекты.
Значение для будущих лунных миссий
Сейчас планируется значительное увеличение числа миссий на Луну, включая проекты с участием ESA, США, Китая, Индии и частных компаний. Эти миссии нацелены как на исследование льда, воды и органики, так и на подготовку к долговременной деятельности на поверхности Луны и вокруг неё.
Результаты нового исследования подчёркивают, что экспериментальные и планетарно-защитные меры должны быть неотъемлемой частью проектирования будущих посадочных аппаратов. Это позволит сохранить научную ценность сохраняющихся древних материалов и избежать затруднений в интерпретации данных, полученных в результате исследовательских работ.
Заключение
В условиях растущего интереса к лунной exploration и большого количества планируемых посадок исследователи отмечают, что выхлопные газы современных посадочных аппаратов могут непреднамеренно загрязнять критически важные участки поверхности Луны, особенно постоянно затенённые регионы вокруг полюсов, где концентрируются древние льды и органические молекулы.
Понимание и минимизация влияния таких загрязнений станет важным элементом стратегий планетарной защиты и научного планирования, поскольку сохранение целостности лунных архивов может помочь ответить на фундаментальные вопросы о происхождении жизни на Земле и истории Солнечной системы.
Источники:
Статья создана по материалам Phys.Org
