|
Лунотрясения помогут обнаружить лед
|
|
|
|
Поверхность Луны — мрачное и неприступное место, которое может скрывать в своем пыльном ландшафте множество залежей водяного льда. Однако большинство потенциальных залежей льда не просто видны на изображении. Ученым требуется специальное картирование для поиска этих залежей, поэтому они разработали другой способ обнаружения скрытых ледяных запасов Луны. Они используют сейсмические волны от лунных землетрясений в качестве локационных маяков.
|
|
|
|
Геологи из Университета Мэриленда, Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли и Гавайского университета недавно опубликовали статью (цитируется ниже), в которой рассматривается роль сейсмических волн в обнаружении залежей льда на поверхности Луны и под ней.
|
|
|
|
Обнаружение водяного льда важно, поскольку пользователям будущих лунных лабораторий и жилых модулей потребуется постоянный запас воды. Кроме того, лед можно использовать для производства кислорода и ракетного топлива для перемещения по Луне. Это более дешевый и эффективный источник воды, чем доставка воды и других ресурсов с Земли.
|
|
|
|
Происхождение лунных запасов воды остается загадкой, хотя имеющиеся данные указывают на несколько направлений. Наиболее вероятными местами скопления значительных объемов воды являются полюса и другие регионы, куда часть льда могла быть доставлена кометами или астероидами. Залежи могут находиться в регионах, где вулканическая активность переносила воду из недр Луны на поверхность, или где солнечный ветер или метеорные потоки воздействовали на поверхность. Они бомбардируют поверхностные породы, вызывая химические реакции, которые могут высвобождать молекулы воды.
|
|
|
|
|
|
|
Доказательства наличия воды весьма существенны и основаны на исследованиях горных пород, доставленных в эпоху «Аполлона», а также на исследованиях, проведенных в рамках таких миссий, как китайский зонд «Чанъэ-5», проект SOFIA, и на подробных изображениях и моделировании ударов, проведенных учеными «Чандраян». Более вероятно, что большая часть предполагаемой лунной воды накапливалась в течение миллионов или миллиардов лет, а не в результате одной крупной доставки кометой или астероидом.
|
|
|
|
Вероятно, лунная вода представляет собой некую солёную смесь материалов с Луны, смешанную с материалами, доставленными ударами хондритов. Всё ещё возможно, что некоторые области внутри Луны могут быть достаточно тёплыми, чтобы содержать жидкую воду, хотя учёным необходимы дополнительные данные о ядре Луны, чтобы это доказать.
|
|
|
|
Некоторые анализы также предполагают, что часть лунной воды может образоваться во время столкновения ранней Земли с объектом размером с Марс. Таким образом, очевидно, что необходимо лучше понять природу лунной воды (а также её местоположение).
|
|
Будущее использование лунного льда
|
|
|
|
По словам Николаса Шмерра из Университета Мэриленда, миссии «Артемида» и другие будут зависеть от залежей лунного льда, независимо от их происхождения. «Крайне важно определить любые материалы на Луне, которые астронавт сможет использовать во время своего полёта», — сказал Шмерр, соавтор исследования.
|
|
|
|
«Поскольку их возможности будут ограничены теми немногими ресурсами, которые они привезли с Земли, всё, что они найдут на Луне, поможет им, по сути, жить за счёт ресурсов суши, особенно для долгосрочных миссий или аванпостов».
|
|
|
|
Лунный лёд также открывает ещё одно направление исследований в области планетологии. Лёд в затенённых кратерах вполне может содержать нетронутые отложения комет и других событий ранней истории Солнечной системы. «Луна была свидетелем некоторых из наиболее важных этапов ранней Солнечной системы, включая то, как вода доставлялась на Землю», — сказал Шмерр. «Изучение отложенного там льда может показать, как распространялась вода и, в конечном итоге, как формировались океаны Земли».
|
|
|
|
Для обнаружения льда под поверхностью необходимы новые подходы к его определению. Лунная поверхность холодная и сухая. Из исследований, проведённых здесь, на Земле, учёные знают, что сейсмические волны ведут себя по-разному в зависимости от типа материала, через который они проходят.
|
|
|
|
Когда происходит землетрясение, оно испускает эти механические волны. Они распространяются через все материалы под поверхностью, и их скорость меняется в зависимости от того, через что они проходят. Плотность и упругость материалов являются важными факторами. Скорость сейсмической волны позволяет определить глубину землетрясения, то есть его местонахождение.
|
|
|
|
Например, если волна проходит через область с большим количеством льда, она распространяется в два-три раза быстрее, чем через грунт или песок. В областях с большим количеством льда также наблюдается отражение волн при взаимодействии с плотными, жесткими материалами. Если на Луне под землей находится много льда, ученые ожидают увидеть изменения скорости сейсмических волн, а также возможное отражение.
|
|
|
|
По словам Шмерра, отражение также позволит выявить другие характеристики скрытого льда. «Мы можем использовать сейсмические волны не только для того, чтобы определить наличие льда, но и приблизительно оценить его количество», — объяснил он.
|
|
|
|
Изучение сейсмических волн здесь, на Земле, — это одно, а на Луне — совсем другое. Чтобы определить наилучший способ обнаружения залежей лунного льда, команда под руководством Харрисона Лизабета из Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли опробовала три подхода к обнаружению.
|
|
|
|
Во-первых, они взяли вулканическую породу из Аризоны, которая очень похожа на лунные породы. Если измельчить такую породу, она превратится в почти точный аналог лунной пыли. Они заморозили её, а затем подвергли рентгеновскому исследованию, чтобы увидеть, как лёд оседает между пылевыми частицами.
|
|
|
|
Второй подход включал температурные модели для полярных регионов, где древние залежи льда, по-видимому, существуют, не подвергаясь воздействию солнечного света. Наконец, Шмерр провел компьютерное моделирование небольших лунных землетрясений, чтобы увидеть, как они будут взаимодействовать с подземным лунным льдом. Все три метода оставили очень явные следы льда в данных.
|
|
|
|
Результаты выглядят многообещающими, и исследовательская группа смогла предложить дальнейшие методы поиска льда на Луне. Один из подходов заключается в изучении микроструктур более широкого спектра аналогов лунного реголита здесь, на Земле. Кроме того, будущие компьютерные модели должны учитывать более точные измерения лунного рельефа.
|
|
|
|
Наконец, команда предлагает провести дополнительные сейсмические модели и исследования для определения более точных местоположений и глубин льда.
|
|
|
|
Поиск лунного льда — вполне реальная задача, и будущим исследователям этот ресурс понадобится. Команда отмечает, что недавние спектроскопические данные указывают на содержание воды в лунном грунте от 100 до 400 мг/г. Сейчас задача состоит в том, чтобы выявить месторождения, которые были бы пригодны для промышленной добычи в рамках миссии «Артемида» и других миссий.
|
|
|
|
Запланированные роботизированные и пилотируемые миссии на Луну в следующем десятилетии предоставят возможности для применения инструментов земной приповерхностной геофизики для поиска важнейших лунных ресурсов.
|
|
|
|
Следующая перспективная миссия, китайский космический аппарат «Чанъэ-7», должна отправиться на Луну и доставит на орбиту сейсмометр, способный искать залежи льда в месте посадки недалеко от кратера Шеклтон. Миссия «Артемида» 2028 года также должна создать Лунную станцию мониторинга окружающей среды, которая сможет проводить сейсмические исследования.
|
|
|
|
Источник
|
