Вода — главный ресурс на Луне
Как вода попала на Луну? Как она там сохранилась? Почему «лунная вода» важна для понимания происхождения жизни на Земле? Эти и другие вопросы корреспондент журнала «Зеркала Мира» обсудил с Игорем Георгиевичем Митрофановым – доктором физико-математических наук, руководителем отдела ядерной планетологии Института космических исследований Российской академии наук (ИКИ РАН).
Прямые исследования Луны, которые проводятся космическими аппаратами уже более шести десятилетий, показали, что наше ночное светило таит ресурсы, способные в будущем помочь развитию человечества. Сейчас это уже не фантастика: в 2020 году президент США Дональд Трамп подписал указ, который разрешает коммерческую разработку природных ресурсов на Луне и других небесных телах, после чего NASA объявило о планах начать добычу редкоземельных металлов и других востребованных ресурсов из лунного грунта уже в ближайшие десять лет.
В лунном грунте содержатся такие элементы, как кремний, алюминий, железо, кальций, магний и титан, а также в небольших количествах марганец, натрий, калий и фосфор. В некоторых районах обнаружены редкоземельные металлы, которые имеют большое значение для высокотехнологичных отраслей, включая медицину и энергетику. В перспективе затраты на добычу и доставку этих ископаемых на Землю могут быть оправданны.
Однако для того чтобы организовать такую добычу, на поверхности Луны нужно создать обитаемую базу, которую также необходимо обеспечивать такими ресурсами, как вода, воздух, пища, электроэнергия. На первое место следует поставить воду, которая годится не только для питья, но и для добычи кислорода и водорода – эффективного ракетного топлива.
Современные лунные экспедиции не случайно нацелены не на экватор, а на полюса: именно там в последние годы автоматические аппараты в веществе грунта обнаружили водяной лед. Он сможет превратить Луну в идеальную промежуточную станцию на пути к другим планетам, где можно найти новые ресурсы и перспективы для научных исследований. Ведь слабое гравитационное поле и отсутствие атмосферы позволяют значительно снизить затраты энергии на взлет с Луны по сравнению с Землей.
– Игорь Георгиевич, почему ученых в последнее время так привлекают полюса Луны?
В окрестностях южного полюса на обратной стороне Луны есть примечательное образование – один из самых крупных кратеров ударного происхождения в Солнечной системе, носящий наименование «Бассейн Южный полюс – Эйткен». Его размеры – 2400 на 2050 км. Интересно отправиться туда, потому что граница кратера, образовавшегося при столкновении небесного тела с «первичной Луной», проходит по южному полюсу. При ударе на поверхность выбросило вещество из недр нашего естественного спутника. Важно обнаружить и изучить его, чтобы понять, как формировалась двойная система «Луна–Земля».
Экзосфера Луны (крайне разреженная атмосфера, состоящая из пыли, остатков газов и космической плазмы) в окрестностях полюсов сильно отличается от того, что есть на умеренных широтах. Солнечный ветер, «дующий» параллельно поверхности полюсов, вызывает динамические процессы взаимодействия с плазмой, нейтральными частицами и лунной пылью. Ранее этим явлением никто не занимался, хотя с точки зрения фундаментальной науки это интересный вопрос.
У Луны есть особенность, возникновение которой мы, ученые, пока не до конца понимаем: лунная полярная ось почти перпендикулярна эклиптике – плоскости, вблизи которой Земля и другие планеты вращаются вокруг Солнца. У Земли угол наклона полярной оси по отношению к нормали к эклиптике довольно большой 23,6 градуса. А у Луны этот угол составляет всего 1,5 градуса. Поэтому солнечные лучи падают практически вертикально к экватору и по касательной к полюсам. На полюсах есть огромные кратеры, и солнечные лучи никогда не достигают их дна. Там царит постоянная полярная ночь. На дне этих кратеров и расщелин приборы научных аппаратов обнаружили воду.
– Каким образом при высоком вакууме и больших перепадах температур на Луне может сохраняться вода? Насколько я понимаю, водяной лед может находиться только под поверхностью, под слоем реголита. Иначе даже при не слишком низкой минусовой температуре он бы давно испарился, не переходя в жидкое состояние.
Позвольте сделать небольшое замечание. Мы с американскими коллегами активно обсуждали этот вопрос. Действительно, если разместить водяной лед на поверхности, он быстро сублимирует под воздействием солнечного света. Однако, как я сказал, на полюсах есть кратеры, которые постоянно находятся в тени. Если лед лежит на дне такого постоянно затененного кратера, он может сохраняться там практически вечно: Солнце не освещает эту область, и температуры там экстремально низки, всего десятки градусов Кельвина.
