Современные планы по изучению водяного льда на Луне сталкиваются с неожиданной проблемой: выхлоп ракетных двигателей посадочных и спускаемых аппаратов, в том числе будущих миссий, может загрязнить участки, где находятся древние ледяные отложения, затруднив интерпретацию данных о составе льда и его происхождении. Новое исследование, опубликованное в журнале Journal of Geophysical Research: Planets, моделирует перенос органических выбросов с поверхности Луны в области, известные как постоянно затенённые районы (PSR, Permanently Shadowed Regions), где лёд может сохраняться миллиарды лет. Это заставляет учёных задуматься о том, как обеспечить защиту уникального природного архива планетарной истории, не нарушив его в процессе исследования.
Что такое постоянные тени и почему там лёд
На Южном и Северном полюсах Луны есть кратеры и впадины, в которые никогда не попадают солнечные лучи, из-за крайне малого наклона оси вращения Луны. Это создаёт устойчиво холодные области с температурами, опускающимися до десятков градусов Кельвина, где водяной лёд и другие летучие соединения могут сохраняться в осадочном состоянии в течение миллиардов лет. Обычная поверхность Луны, нагреваясь и охлаждаясь в широком диапазоне температур, не позволяет льду сохраняться, а в постоянной тени лёд устойчиво фиксируется в глубоких холодных ловушках.
Данные орбитальных зондов, таких как Lunar Prospector, указывают на наличие значительных запасов водяного льда в этих районах; оценки прошлых исследований предполагают, что подповерхностные запасы льда могут составлять от сотен миллионов до миллиардов тонн.
Новое моделирование: как посадочные аппараты «загрязняют» лёд
Авторы исследования анализировали, как выбросы двигателя посадочного модуля — в частности, метан, образующийся при сгорании ракетного топлива — взаимодействуют с лунной поверхностью. Используя компьютерные модели, они проследили, как молекулы, выброшенные при спуске аппарата, могут перемещаться по поверхности Луны и аккумулироваться именно в PSR, где лёд сохраняется.
Ключевой вывод моделирования таков:
- более 50 % всех молекул метана, образовавшихся на этапе посадки, со временем оказываются в PSR, независимо от того, где именно на поверхности была посадка;
- при посадке у Южного полюса примерно 42 % метана попадёт в PSR этого же полюса, а около 12 % выбросов долетит до PSR на Северном полюсе;
- время перемещения молекулы от одной стороны Луны к другой (например, из южного PSR к северному) оценивается примерно в 32 земных дня;
- моделирование продолжалось около семи лунных дней (примерно семь земных месяцев), и результаты дают чёткое представление о быстроте миграции этих молекул.
Почему это мешает изучению древнего льда
Лед в постоянных тенях считается одним из ключевых архивов информации о раннем Солнечном системе: он может содержать примитивные органические молекулы и летучие вещества, которые формировались до появления жизни на Земле. Анализ таких древних компонентов помогает понять, как распределялись вода и органические материалы в раннем Солнечном диске.
Однако выбросы ракетных двигателей, содержащие органику вроде метана, могут попасть в этот лёд и смазать естественный химический след, затруднив установление, какие органические молекулы присутствовали здесь исконно, а какие оказались в результате человеческой деятельности. Да, часть загрязнения может быть удалена с верхних слоёв льда, но структура лунного льда гораздо более пористая, чем на Земле, и органические молекулы могут проникать вглубь структуры, где они будут смешиваться с древними компонентами.
Уникальность лунных ледяных архивов
Постоянные теневые области — это не просто холодные впадины, это природные хранилища древних материалов, которые с момента формирования Луны практически не подвергались изменению солнечным светом и температурными колебаниями. Это делает их бесценными для науки:
- исследование таких льдов может пролить свет на происхождение воды на Луне и других телах Солнечной системы;
- анализ органических молекул может указать на сложные предбиологические процессы, происходившие в раннем космосе;
- изучение лунного льда помогает понять историческую динамику попадания кометных и астероидных материалов в систему Земля–Луна.
Проблема публичной и международной политики
Существующие стандарты планетарной защиты для лунных миссий, устанавливаемые Комитетом по космическим исследованиям (COSPAR), требуют только того, чтобы миссии, нацеленные на PSR, указывали список органических материалов, находящихся на борту. Однако текущие правила не ограничивают фактическое загрязнение, которое аппараты вносят в эти районы, и не предотвращают перенос органики на противоположный полюс.
Учёные предлагают пересмотреть стандарты защиты, чтобы минимизировать передачу выбросов в зоны древнего льда, тем самым сохранив уникальные записи природной истории Луны — прежде чем эти данные будут разрушены ещё до того, как будут получены.
Практические выводы и шаги
Исследование подчёркивает необходимость:
- разработать новые протоколы посадки, которые минимизируют выбросы органики;
- учитывать миграцию летучих молекул по поверхности Луны при выборе площадок для посадки;
- учитывать долгосрочное накопление выбросов в PSR при планировании мест отбора проб.
Это не только задача научной методологии, но и этический вызов, который предстоит разрешить международному научному сообществу накануне активного этапа лунных миссий, включая проекты NASA Artemis, ESA, а также миссии частных компаний.
Заключение
Хотя основная цель исследований лунного льда заключается в понимании истории воды и органических веществ в раннем Солнечном пространстве, сама деятельность людей по доставке научных инструментов на Луну может исказить этот архив, ещё не изученный полностью. Новые модели показывают, что выбросы посадочных аппаратов могут перемещаться по поверхности, концентрируясь именно в местах древнего льда, что требует пересмотра подходов к планированию миссий и стандартов планетарной защиты для сохранения ценной научной информации.
Источники:
Статья создана по материалам UniverseToday.com
