На иллюстрации показан кратер Клавиус на Луне, где была обнаружена вода, а также самолет-обсерватория SOFIA, совершившая это открытие.
Прорывное открытие
Стратосферная обсерватория инфракрасной астрономии НАСА (SOFIA) впервые в истории достоверно подтвердила наличие молекул воды (H2O) на поверхности Луны, освещенной солнечным светом. Это фундаментальное открытие меняет наши представления о спутнике Земли и указывает на то, что вода может быть распространена по всей лунной поверхности, а не скрыта исключительно в вечно холодных и темных полярных кратерах.
Где и сколько: детали открытия
Молекулы воды были обнаружены в одном из крупнейших лунных кратеров, видимых с Земли, — кратере Клавиус в Южном полушарии. Ранее наблюдения фиксировали лишь признаки водорода, но не позволяли отличить воду (H2O) от гидроксильной группы (OH). Данные SOFIA показали, что концентрация воды в реголите составляет от 100 до 412 частей на миллион. Для наглядности: это эквивалентно бутылке воды объемом 0,35 литра, распределенной в кубическом метре лунного грунта. Результаты исследования были опубликованы в авторитетном журнале Nature Astronomy.
Значение для науки и исследований
«У нас были признаки, но теперь мы точно знаем: знакомая нам вода существует на солнечной стороне Луны, — заявил Пол Герц, директор отдела астрофизики в Управлении научных миссий НАСА. — Это открытие ставит под сомнение прежние модели лунной поверхности и открывает новые захватывающие перспективы для исследования дальнего космоса, связанные с использованием местных ресурсов».
Хотя обнаруженное количество воды невелико (для сравнения, в почве пустыни Сахара ее в 100 раз больше), сам факт ее существования в условиях безвоздушного пространства и экстремальных перепадов температур ставит перед учеными новые вопросы о механизмах ее образования и сохранения.
Вода как ключ к будущему
Вода — бесценный ресурс в космосе. Она необходима не только для поддержания жизни, но и может быть разложена на водород и кислород для создания ракетного топлива или систем жизнеобеспечения. В рамках программы Artemis НАСА планирует детально изучить лунные запасы воды перед возвращением человека на Луну в 2024 году и созданием там устойчивой базы.
История поисков лунной воды
Открытие SOFIA стало кульминацией многолетних исследований. После миссий Аполлон в 1969 году Луна считалась абсолютно сухой. Однако за последние 20 лет орбитальные аппараты, такие как лунный разведывательный орбитер НАСА (LRO), подтвердили наличие водяного льда в постоянно затененных полярных кратерах. Другие миссии, включая Кассини, Deep Impact и индийский зонд Чандраян-1, находили на солнечных участках признаки гидратации, но не могли определить точную химическую форму.
«До наблюдений SOFIA мы знали, что там есть некая гидратация, — пояснила ведущий автор исследования Кейси Хонниболл. — Но мы не понимали, является ли это водой, пригодной для питья, или чем-то вроде средства для прочистки труб».
Как работает обсерватория SOFIA
SOFIA — это уникальная летающая обсерватория на базе модифицированного самолета Boeing 747SP. Поднимаясь на высоту до 14 километров, она преодолевает 99% водяного пара земной атмосферы, что позволяет ее 2,7-метровому телескопу вести исключительно четкие наблюдения в инфракрасном диапазоне. С помощью прибора FORCAST обсерватория смогла зафиксировать уникальную спектральную сигнатуру молекул воды на длине волны 6,1 микрометра именно в кратере Клавиус.
Загадки происхождения и сохранения воды
«Без плотной атмосферы вода на освещенной Солнцем поверхности должна была бы быстро испариться в космос, — отмечает Хонниболл. — Но мы ее видим. Значит, существует некий процесс, который ее создает, и некая ловушка, которая ее удерживает».
Ученые рассматривают несколько гипотез:
- Доставка воды микрометеоритами, которые при падении на Луну выделяют содержащуюся в них воду.
- Двухступенчатая химическая реакция: солнечный ветер (поток заряженных частиц) доставляет водород, который взаимодействует с кислородом в лунных минералах, образуя гидроксил (OH), а затем радиация от микрометеоритных ударов преобразует его в воду (H2O).
Неожиданный успех пробного наблюдения
Интересно, что открытие стало результатом пробного, тестового наблюдения. SOFIA обычно изучает далекие галактики и туманности. Луна же слишком яркая и большая для стандартной системы наведения телескопа. В августе 2018 года ученые решили проверить, возможно ли в принципе стабильное наблюдение за спутником. Результат превзошел все ожидания.
«Это было первое наблюдение SOFIA за Луной, и мы не были уверены в успехе, — говорит Насим Рангвала, научный сотрудник проекта. — Невероятно, что такое важное открытие стало результатом теста. Теперь мы планируем целенаправленные миссии».
Перспективы и будущие миссии
В ближайших планах SOFIA — поиск воды на других освещенных участках Луны в разные фазы, чтобы понять полный цикл ее круговорота. Эти данные станут бесценными для будущих миссий, таких как луноход NASA VIPER, задача которого — составить первые подробные карты распределения водяного льда на полюсах.
Отдельное исследование, также опубликованное в Nature Astronomy, с использованием теоретических моделей и данных LRO предполагает, что микроскопические ледяные ловушки могут существовать по всей Луне в большем количестве, чем считалось ранее.
«Вода — ценный ресурс и для науки, и для наших исследователей, — подчеркнул Джейкоб Бличер, главный научный сотрудник Управления исследований и операций НАСА. — Если мы сможем использовать местные ресурсы Луны, то сможем везти с Земли меньше воды и больше оборудования для новых открытий».
Справка: SOFIA — совместный проект НАСА и Германского центра авиации и космонавтики (DLR). Научные операции координируются Исследовательским центром Эймса НАСА.
Видеоматериалы (B-roll), связанные с открытием, доступны по ссылке: https://go.nasa.gov/2TnDWSd