Стратосферная обсерватория инфракрасной астрономии НАСА (София) впервые подтвердила наличие воды на освещенной солнцем поверхности Луны. Это открытие указывает на то, что вода может быть распределена по лунной поверхности, а не ограничиваться холодными, затененными местами.
София обнаружила молекулы воды (H2O) в кратере Клавиус, одном из самых больших кратеров, видимых с земли, расположенном в Южном полушарии Луны. Предыдущие наблюдения поверхности Луны выявили некоторую форму водорода, но не смогли отличить воду от ее близкого химического родственника-гидроксила (он). Данные из этого места показывают, что вода в концентрациях от 100 до 412 частей на миллион-примерно эквивалентно бутылке воды в 12 унций-захвачена в кубическом метре почвы, разбросанной по лунной поверхности. Результаты опубликованы в последнем номере сайта Nature Astronomy.
“У нас были признаки того, что H2O – знакомая вода, которую мы знаем, – может присутствовать на солнечной стороне Луны”, - сказал Пол Герц, директор отдела астрофизики в управлении научной миссии в штаб-квартире НАСА в Вашингтоне. - Теперь мы знаем, что он там. Это открытие ставит под сомнение наше понимание лунной поверхности и поднимает интригующие вопросы о ресурсах, имеющих отношение к исследованию глубокого космоса.”
Для сравнения, в пустыне Сахара содержится в 100 раз больше воды, чем то, что София обнаружила в лунном грунте. Несмотря на небольшие объемы, открытие поднимает новые вопросы о том, как создается вода и как она сохраняется на суровой, безвоздушной лунной поверхности.
Вода - это драгоценный ресурс в глубоком космосе и ключевой ингредиент жизни, как мы ее знаем. Будет ли вода, найденная в Софии, легко доступна для использования в качестве ресурса, еще предстоит определить. В рамках программы НАСА Artemis агентство стремится узнать все возможное о наличии воды на Луне до отправки первой женщины и следующего мужчины на лунную поверхность в 2024 году и установления устойчивого присутствия человека там к концу десятилетия.
Результаты Софии основаны на многолетних исследованиях, посвященных изучению присутствия воды на Луне. Когда астронавты "Аполлона" впервые вернулись с Луны в 1969 году, она считалась совершенно сухой. Орбитальные и ударные миссии за последние 20 лет , такие как спутник наблюдения и зондирования лунных кратеров НАСА, подтвердили наличие льда в постоянно затененных кратерах вокруг полюсов Луны. Тем временем несколько космических аппаратов-в том числе миссия Кассини и миссия Deep Impact comet, а также Миссия Индийской организации космических исследований Chandrayaan-1-и наземная миссия НАСА Инфракрасный телескоп объекта, посмотрел широко через лунную поверхность и обнаружил доказательства гидратации в более солнечных регионах. Тем не менее эти миссии не смогли окончательно различить форму, в которой она присутствовала – либо H2O, либо OH.
“До наблюдений Софии мы знали, что там была какая-то гидратация”, - сказала Кейси Хонниболл, ведущий автор, опубликовавшая результаты своей дипломной работы в Гавайском университете в Маноа в Гонолулу. “Но мы не знали, сколько на самом деле молекул воды – как мы пьем каждый день – или чего-то более похожего на очиститель стоков.”
Ученые, используя телескоп НАСА на самолете, стратосферной обсерватории инфракрасной астрономии, впервые обнаружили воду на освещенной солнцем поверхности Луны. София-это модифицированный самолет Boeing 747SP, который позволяет астрономам изучать Солнечную систему и за ее пределами способами, которые невозможны с помощью наземных телескопов. Молекулярная вода, H2O, была обнаружена в кратере Клавиус, одном из самых больших кратеров, видимых с Земли в Южном полушарии Луны. Это открытие указывает на то, что вода может быть распределена по лунной поверхности, а не ограничиваться холодными, затененными местами.
София предложила новый способ смотреть на Луну. Летая на высотах до 14 километров, этот модифицированный реактивный лайнер Boeing 747SP с телескопом диаметром 270 сантиметров избавлен от 99% водяного пара в атмосфере Земли, тем самым удается получить более четкое представление о Вселенной в инфракрасном диапазоне. Используя инфракрасную камеру для телескопа (FORCAST), София смогла уловить специфическую длину волны, уникальную для молекул воды, на уровне 6,1 мкм, и обнаружила относительно удивительную концентрацию в кратере Клавиус.
"Без плотной атмосферы вода на залитой солнцем лунной поверхности просто должна быть потеряна в космосе", - сказал Хонниболл, который сейчас является доктором в Центре космических полетов НАСА имени Годдарда в Гринбелте, штат Мэриленд. - И все же мы каким-то образом видим это. Что-то генерирует воду, и что-то должно удерживать ее там.”
В доставке или создании этой воды могут участвовать несколько сил. Микрометеориты, падающие дождем на лунную поверхность и несущие небольшое количество воды, могут осаждать воду на лунную поверхность при ударе. Другая возможность заключается в том, что существует двухступенчатый процесс, при котором солнечный ветер доставляет водород на лунную поверхность и вызывает химическую реакцию с кислородсодержащими минералами в почве с образованием гидроксила. Между тем, радиация от бомбардировки микрометеоритов может превращать этот гидроксил в воду.
То, как вода затем накапливается – что делает возможным ее накопление – также вызывает некоторые интригующие вопросы. Вода может быть захвачена в крошечные бисероподобные структуры в почве, которые формируются из высокой температуры, создаваемой микрометеоритными ударами. Другая возможность заключается в том, что вода может быть спрятана между зернами лунного грунта и защищена от солнечного света – потенциально делая ее немного более доступной, чем вода, пойманная в ловушку в похожих на бусины структурах.
Для миссии, предназначенной для наблюдения за далекими, тусклыми объектами, такими как черные дыры, звездные скопления и галактики, Софийский прожектор на ближайшем и самом ярком соседе Земли был отклонением от обычного бизнеса. Операторы телескопов обычно используют направляющую камеру для слежения за звездами, постоянно фиксируя телескоп на наблюдаемой цели. Но Луна настолько близка и ярка, что она заполняет все поле зрения направляющей камеры. Без видимых звезд было неясно, может ли телескоп надежно отслеживать Луну. Чтобы определить это, в августе 2018 года операторы решили попробовать тестовое наблюдение.
"Это был первый раз, когда София посмотрела на Луну, и мы даже не были полностью уверены, получим ли мы надежные данные, но вопросы о лунной воде вынудили нас попробовать”, - говорит Насим Рангвала, научный сотрудник проекта Софии в Исследовательском центре Эймса НАСА в калифорнийской Силиконовой долине. "Невероятно, что это открытие стало результатом того, что было по сути тестом, и теперь, когда мы знаем, что мы можем это сделать, мы планируем больше полетов, чтобы сделать больше наблюдений.”
Последующие полеты SOFIA будут искать воду в дополнительных освещенных солнцем местах и во время различных лунных фаз, чтобы узнать больше о том, как вода производится, хранится и перемещается по Луне. Эти данные будут дополнять работу будущих лунных миссий, таких как летучие вещества НАСА, исследующие Полярный исследовательский ровер (VIPER), для создания первых карт водных ресурсов Луны для будущих космических исследований человека.
В том же номере сайта Nature Astronomy ученые опубликовали статью, в которой использовали теоретические модели и данные лунного разведывательного орбитального аппарата НАСА, указывая, что вода может быть поймана в ловушку в небольших тенях, где температура остается ниже нуля, на большей части Луны, чем в настоящее время ожидается. С результатами можно ознакомиться здесь.
"Вода-это ценный ресурс, как для научных целей, так и для использования нашими исследователями”, - сказал Джейкоб Бличер, главный научный сотрудник отдела исследований и операций НАСА. “Если мы сможем использовать ресурсы Луны, то сможем перевозить меньше воды и больше оборудования, чтобы помочь новым научным открытиям.”
София - совместный проект НАСА и Немецкого аэрокосмического центра. Эймс руководит Софийской программой, научными исследованиями и полетами в сотрудничестве с Ассоциацией космических исследований университетов со штаб-квартирой в Колумбии, штат Мэриленд, и немецким Софийским институтом при Штутгартском университете. Самолет обслуживается и эксплуатируется центром летных исследований имени Армстронга НАСА, здание 703, в Палмдейле, штат Калифорния.
Отснятый материал B-roll, связанный с этой находкой, доступен по адресу
https://go.nasa.gov/2TnDWSd