Темные кратеры Луны оказались уникальными «морозильниками» Солнечной системы

Ученые выяснили, что некоторые постоянно затененные кратеры Луны обладают исключительно стабильными и экстремально низкими температурами. Новое исследование показывает, что эти области могут сохранять лед и другие летучие вещества на протяжении миллиардов лет практически без изменений.

Работа помогает лучше понять эволюцию Луны, происхождение воды в Солнечной системе и перспективы будущих лунных баз. Результаты исследования опубликованы в научном журнале и освещены изданием Phys.org.

Почему на Луне существуют «вечные тени»

На первый взгляд Луна кажется миром без атмосферы и воды, полностью освещаемым Солнцем. Однако возле полюсов спутника существуют необычные регионы, куда солнечный свет почти никогда не попадает.

Причина связана с особенностями наклона лунной оси. В отличие от Земли, ось вращения Луны наклонена всего примерно на 1,5 градуса. Из-за этого солнечные лучи возле полюсов падают под очень малым углом.

В результате глубокие кратеры в полярных областях могут оставаться в постоянной тени миллиарды лет. Такие участки называют permanently shadowed regions — постоянно затененные области.

Температуры там настолько низкие, что некоторые ученые называют эти регионы «холодными ловушками» для воды и летучих веществ.

Насколько холодно в лунных кратерах

Новые исследования показывают, что температура в наиболее темных участках может опускаться ниже 30 кельвинов, то есть примерно до −243 градусов Цельсия. Это холоднее, чем на поверхности Плутона и даже в некоторых областях пояса Койпера.

Особенно важно то, что температуры внутри некоторых кратеров остаются не просто низкими, а чрезвычайно стабильными.

На обычной поверхности Луны перепады температуры огромны:

• днем поверхность может нагреваться выше +100 °C;
• ночью охлаждаться ниже −170 °C.

В затененных кратерах ситуация совсем иная. Из-за отсутствия солнечного света температурные изменения там минимальны даже на протяжении длительного времени.

Почему стабильность температуры так важна

Для сохранения льда недостаточно просто низкой температуры. Важно, чтобы условия оставались стабильными очень долго.

Даже небольшие циклические нагревы способны постепенно испарять лед в вакууме. Однако новое исследование показывает, что некоторые полярные кратеры Луны могут сохранять сверхстабильные условия на протяжении миллиардов лет.

Это означает, что внутри подобных «холодных ловушек» могут сохраняться древние вещества, практически не изменившиеся со времен ранней Солнечной системы.

Откуда на Луне могла взяться вода

Долгое время считалось, что Луна почти полностью сухая. Однако за последние десятилетия ситуация изменилась.

Следы воды и гидроксильных соединений обнаружили сразу несколько миссий:

• Lunar Prospector;
• Chandrayaan-1;
• LCROSS;
• Lunar Reconnaissance Orbiter.

Сегодня ученые считают, что вода на Луне могла появляться несколькими путями:

• падение комет;
• столкновения с богатыми водой астероидами;
• взаимодействие солнечного ветра с минералами поверхности;
• внутренние геологические процессы.

Попадая в холодные полярные ловушки, молекулы воды могли сохраняться там чрезвычайно долго.

Почему полярные кратеры особенно интересуют ученых

Постоянно затененные кратеры считаются своеобразными архивами ранней истории Солнечной системы.

Из-за экстремального холода там могут сохраняться:

• водяной лед;
• углекислый газ;
• аммиак;
• метан;
• органические соединения;
• вещества, принесенные древними кометами.

На Земле подобные материалы давно изменились из-за атмосферы, геологии и биологических процессов. Луна же практически не имеет атмосферы и геологической активности, поэтому многие древние вещества могли сохраниться значительно лучше.

Что именно показало новое исследование

Авторы работы использовали детальные модели рельефа и теплового поведения поверхности Луны.

Исследование показало, что некоторые участки внутри затененных кратеров обладают исключительно высокой термической стабильностью. Там практически отсутствуют заметные температурные колебания даже в долгосрочной перспективе.

Это особенно важно для понимания того, какие вещества могут сохраняться в подобных условиях.

Если температура остается достаточно низкой и стабильной, в кратерах потенциально способны существовать даже очень летучие соединения, которые обычно быстро испаряются в космосе.

Почему это важно для будущих лунных баз

Интерес к полярным регионам Луны связан не только с наукой.

Вода считается одним из ключевых ресурсов для будущего освоения Луны. Лед можно использовать:

• для получения питьевой воды;
• производства кислорода;
• создания ракетного топлива;
• систем жизнеобеспечения.

Именно поэтому NASA, Китай, ESA и другие космические агентства уделяют огромное внимание лунным полюсам.

Программа Artemis NASA также ориентирована на районы южного полюса Луны.

Почему работать в таких кратерах крайне сложно

Несмотря на ценность ресурсов, постоянно затененные области являются крайне сложной средой для исследований.

Главные проблемы:

• экстремальный холод;
• полное отсутствие солнечного света;
• сложный рельеф;
• ограниченная связь;
• высокая техническая сложность посадки.

Температуры в некоторых кратерах настолько низкие, что обычная электроника и механические системы могут работать нестабильно без специальной защиты.

Кроме того, отсутствие прямого солнечного света затрудняет использование солнечных батарей.

Как ученые исследуют лунные кратеры

Изучение полярных регионов Луны ведется несколькими методами.

Орбитальные аппараты используют:

• лазерное картографирование;
• тепловые измерения;
• радиолокацию;
• нейтронные детекторы;
• спектроскопию.

Например, Lunar Reconnaissance Orbiter создал подробные карты температур полярных кратеров. Именно эти данные помогли обнаружить области с экстремально низкими температурами.

Миссия LCROSS в 2009 году даже специально столкнула разгонный блок с кратером Кабеус возле южного полюса Луны. Анализ выброшенного вещества подтвердил наличие водяного льда.

Почему Луна важна для изучения ранней Солнечной системы

Полярные кратеры могут хранить вещества возрастом более 4 миллиардов лет.

Это делает их крайне ценными для планетологии. Изучение таких материалов помогает понять:

• как вода распространялась по внутренней части Солнечной системы;
• насколько часто происходили столкновения с кометами;
• какие органические вещества существовали в ранней Солнечной системе;
• как формировались планеты.

Фактически лунные «холодные ловушки» могут выполнять роль естественных космических хранилищ древнего вещества.

Почему интерес к Луне снова резко вырос

После завершения программы Apollo интерес к Луне на некоторое время снизился. Однако за последние два десятилетия ситуация полностью изменилась.

Главными причинами стали:

• обнаружение воды;
• развитие технологий;
• планы создания постоянных баз;
• подготовка к полетам на Марс;
• интерес к космическим ресурсам.

Сегодня Луна рассматривается уже не только как объект научных исследований, но и как потенциальная промежуточная база для дальнего освоения космоса.

Что может измениться в ближайшие годы

В ближайшее десятилетие полярные регионы Луны станут одной из главных целей мировой космонавтики.

Планируются:

• автоматические посадочные миссии;
• бурение поверхности;
• доставка образцов;
• создание роботизированной инфраструктуры;
• испытания технологий добычи ресурсов.

Если запасы льда подтвердятся в достаточных объемах, это может серьезно изменить подход к освоению Луны и всей околоземной космонавтики.

Новые данные о сверхстабильных холодных кратерах усиливают интерес к этим регионам. Они показывают, что полярные области Луны могут быть не просто источником ресурсов, а уникальным архивом древней истории Солнечной системы, сохранившимся практически в неизменном виде с первых эпох ее существования.

Источники:
Статья создана по материалам Phys.Org