Судьба лунной гонки: российские ученые впервые экспериментально оценили, сколько на Луне воды
Фото: muratart/Shutterstock/Fotodom
Лунная гонка начинается. О планах покорения нашего «ночного Солнца» объявили США, Китай, Россия, посылают к Луне аппараты и другие страны. И вожделенная цель – найти воду. Ее, наверное, космонавты смогут пить, но главное, вода (водород + кислород) – сырье для создания ракетного топлива. Если мы хотим стартовать с Луны к Марсу – как бы нам пригодилась вода.! А сколько ее там вообще? Как сообщает Минобрнауки, российские ученые опубликовали исследование, призванное дать ответ на этот вопрос (оно было выполнено при поддержке Минобрнауки РФ).
KP.RU поговорил с ключевым автором работы, кандидатом физико-математических наук, научным сотрудником Института геохимии и аналитической химии имени В. И. Вернадского (ГЕОХИ) РАН Марией Клюевой.
СУХИЕ «МОРЯ»
Философы прошлого были уверены: Луна похожа на Землю, и там есть океаны. Именно поэтому темные области спутника (видимые даже простым глазом) до сих пор, по традиции, именуются «морями». Впрочем, еще Леонардо да Винчи парировал: если там вода, где «зайчик», где яркое отражение Солнца на водной глади? И был прав.
Поэтому астрономические книжки полувековой давности транслируют другую крайность: Луна суха так, что вы даже представить себе не можете. Нет ничего суше Луны.
Реальность оказалась сложнее. Еще в 1990-е годы дистанционными методами открыли, что какие-то следы воды на Луне есть. Конечно, не жидкой. Это в лучшем случае иней, а чаще вода связана тамошними минералами и как бы скрыта в недрах их кристаллической решетки на атомарном уровне. Но это тоже вода! Есть даже оценки: на Луне от сотен миллионов до 300 миллиардов тонн воды! Это примерно поллитровая бутылка на кубический метр. Ого! Вот только это в сто раз меньше, чем в песках Сахары. Да и верны ли эти прикидки?
ВЕТРОМ НАДУЛО
Чтобы ответить на этот вопрос, важно понять, откуда вода на Луне взялась.
Астрономы по-разному реконструируют прошлое Луны, и часто указывают, что во времена оны, когда Луна представляла собой шар из магмы, компоненты воды на ней были точно так же, как на Земле. Но у Луны, в отличие от Марса, не прослеживается даже краткого периода, когда по ней текли реки и плескались океаны. Да и компоненты (водород, кислород) должны были улетучиться. Гравитации спутника недостаточно, чтобы их удержать.
Но тут в игру вступает солнечный ветер. Солнце постоянно излучает потоки заряженных частиц и извергает облака плазмы. Это и есть солнечный ветер. И если Земли он не достигает (мешает магнитное поле), то Луна прямо-таки купается в нем.
Оказалось, что солнечный ветер, взаимодействуя с кристаллической решеткой лунных минералов, может как бы внедряться вглубь их. В солнечном ветре много протонов (ядер водорода). Врезаясь с громадной скоростью в минерал, протоны связываются с атомами кислорода, которые в минералах уже есть. К слову, кислорода, которым нельзя дышать (он просто входит в состав лунных камней) там много – чуть ли не 45% массы лунного грунта. Вот вам, собственно, и вода. Только «сухая».
При этом не исключено, что на Южном полюсе, там, где есть кратеры, куда никогда не заглядывает обжигающее Солнце, вода может лежать в виде инея. Этого никто не видел, но – теоретически возможно.
У Луны, в отличие от Марса, не прослеживается даже краткого периода, когда по ней текли реки и плескались океаны
Фото: NASA.
ДОЛИ МИЛЛИМЕТРА
Вот только все это теория. На практике никто не проверял, как именно лунные минералы «примут» солнечный ветер. И вот в ГЕОХИ решили проверить.
Взяли синтетический кварц и оливин (они есть в лунном грунте – он называется «реголит»). И направили на них поток протонов. Энергию протонов подобрали так, чтобы она примерно соответствовала энергии таковых в солнечном ветре.
Почему не применили в опытах реальный лунный грунт, ведь он в земных лабораториях есть? С синтетическими камнями результаты надежнее, рассказала KP.RU Мария Клюева:
- Лунный грунт не однороден и имеет различный состав в зависимости от географии его происхождения - состав «морского» и «материкового» (те самые темные и светлые пятна на Луне, термины условны – КП) реголита может различаться кардинально. Взяв некоторую частицу лунного грунта и проведя с ней ряд экспериментов, мы не сможем сделать обобщающих выводов.
Вместо этого, говорит Мария Клюева, ученые взяли грунтообразующие минералы (оливин, анортит, ильменит и другие), и провели опыты с ними. Зная содержание этих минералов в разных областях Луны, можно получить более точные результаты.
- Синтетические минералы хороши тем, что не имеют дефектов (в отличие от земных и лунных природных минералов) и позволяют точнее оценить физические эффекты на идеальной кристаллической решётке. Мы используем не просто синтетические минералы, а монокристаллы, где нет границ зёрен, и кристаллическая решётка имеет наибольшую степень совершенства, - рассказала KP.RU Мария Клюева.
В ходе эксперимента оказалось, что протоны проникают вглубь решетки на 0,00006–0,00008 миллиметра (600-800 ангстрем, как говорят ученые). В кварц чуть глубже, чем в оливин. Цифра отражает лишь глубину проникновения при малых энергиях, в эксперименте, и не означает, что реальная глубина такова, поясняют ученые. И все-таки маловато как-то, нет? Это же сколько реголита надо переработать, чтобы хоть что-то получить. Или мы все не так поняли?
ПЛАНЫ В СИЛЕ
Отставить пессимизм, говорит Мария Клюева, данные экспериментов не подрывают, а, скорее, укрепляют «лунно-водные» космические планы. Ведь эксперимент отличался от реальных условий. Да и длился часы, а не миллиарды лет:
- В рамках эксперимента мы «внедряли» ионы водорода малыми энергиями, которые дают гораздо меньшую глубину и концентрацию, нежели Солнце за всю историю воздействия на Луну. Чтобы оценить максимально возможное количество ионов водорода в лунном грунте, нужны большие дозы и энергии. Такие эксперименты у нас в процессе, однако есть и расчёты, которые придают нам оптимизм. Воздействие малыми энергиями - необходимый этап в большой серии экспериментов, который позволяет оценить средний поток ионов, - говорит она.
Часто предполагают, что прежде, дескать, Солнце было куда как яростней, и могло «залить» Луну куда более интенсивными протонами, но дело-то не в этом, а в том, сколько этих протонов в состоянии принять камень:
- У каждого вещества есть свой предел насыщения. Максимально возможное количество ионов, имплантируемых солнечным ветром, скорее обуславливается возможностью минералов "принять", а не Солнца "дать", - резюмирует Мария Клюева.
Итак, данные российского эксперимента скорее обнадеживают. А это значит, что лунная гонка продолжится. А уж как она пойдет, кто построит первый «город» на Луне, как будут добывать реголит, и как скоро полетим с Луны на Марс – покажет будущее.
СЛУШАЙТЕ ТАКЖЕ