Стратосферная обсерватория инфракрасной астрономии НАСА (SOFIA) 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.
SOFIA обнаружила молекулы воды (H2O) в кратере Клавиус, одном из крупнейших кратеров, видимых с Земли, расположенном в южном полушарии Луны. Предыдущие наблюдения поверхности Луны обнаружили 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 эквивалентна бутылке воды емкостью 12 унций – находится в кубическом метре почвы, разбросанной по поверхности Луны. результаты опубликованы в последнем выпуске журнала Nature Astronomy.
«У нас были признаки того, что H2O – знакомая нам вода – может присутствовать на освещенной солнцем стороне Луны», – сказал Пол Герц, директор отдела астрофизики Управления научных миссий в штаб-квартире НАСА в Вашингтоне. «Теперь мы знаем, что оно есть. Это открытие бросает вызов нашему пониманию лунной поверхности и поднимает интригующие вопросы о ресурсах, необходимых для исследования дальнего космоса».
Для сравнения: в пустыне Сахара содержится в 100 раз больше воды, чем то, что SOFIA обнаружила в лунном грунте. Несмотря на небольшие количества, это открытие поднимает новые вопросы о том, как создается вода и как она сохраняется на суровой, безвоздушной поверхности Луны.
Вода — ценный ресурс в глубоком космосе и ключевой ингредиент жизни, какой мы ее знаем. Еще предстоит определить, является ли вода, найденная SOFIA, легкодоступной для использования в качестве ресурса. Под руководством НАСА Артемида В рамках программы агентство стремится узнать все, что можно, о наличии воды на Луне, прежде чем отправить первую женщину и следующего мужчину на поверхность Луны в 2024 году и установить там устойчивое присутствие человека к концу десятилетия.
Результаты SOFIA основаны на многолетних предыдущих исследованиях по изучению присутствия воды на Луне. Когда астронавты Аполлона впервые вернулись с Луны в 1969 году, считалось, что она полностью сухая. Орбитальные миссии и миссии с импакторами за последние 20 лет, такие как миссия НАСА. Спутник наблюдения и зондирования лунного кратера, подтвердил наличие льда в постоянно затененных кратерах вокруг полюсов Луны. Тем временем, несколько космических кораблей - в том числе Кассини миссия и Существенное воздействие кометная миссия, а также миссия Индийской организации космических исследований Чандраян-1 миссия – и наземная миссия НАСА Инфракрасный телескоп, осмотрели лунную поверхность и обнаружили признаки гидратации в более солнечных регионах. Однако эти миссии не смогли окончательно определить форму, в которой он присутствовал – H2O или OH.
«До наблюдений SOFIA мы знали, что существует какая-то гидратация», — сказала Кейси Хоннибалл, ведущий автор, опубликовавшая результаты своей дипломной работы в Гавайском университете в Маноа в Гонолулу. «Но мы не знали, сколько на самом деле было молекул воды (если таковые имеются) – как мы пьем каждый день – или что-то вроде очистителя канализации».
СОФИЯ предложила новый способ наблюдения за Луной. Этот модифицированный реактивный лайнер Boeing 747SP, оснащенный телескопом диаметром 106 дюймов, летает на высоте до 45 000 футов и достигает высоты 99% водяного пара в атмосфере Земли, чтобы получить более четкое представление об инфракрасной Вселенной. Используя свою инфракрасную камеру для слабых объектов телескопа SOFIA (FORCAST), SOFIA смогла уловить длину волны, уникальную для молекул воды, 6,1 микрона, и обнаружила относительно неожиданную концентрацию в солнечном кратере Клавиус.
«Без плотной атмосферы вода на освещенной солнцем лунной поверхности просто уйдет в космос», — сказал Хоннибалл, который сейчас работает научным сотрудником в Центре космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд. «Тем не менее, каким-то образом мы это видим. Что-то генерирует воду, и что-то, должно быть, удерживает ее там».
В доставке или создании этой воды могут участвовать несколько сил. Микрометеориты, падающие на лунную поверхность и несущие небольшое количество воды, могут оставлять воду на лунной поверхности при ударе. Другая возможность заключается в том, что может существовать двухэтапный процесс, в ходе которого солнечный ветер Солнца доставляет водород на поверхность Луны и вызывает химическую реакцию с кислородсодержащими минералами в почве с образованием гидроксила. Между тем, радиация от бомбардировки микрометеоритов может превратить этот гидроксил в воду.
Каким образом вода затем сохраняется (что делает возможным ее накопление) также вызывает некоторые интригующие вопросы. Вода может попасть в крошечные шарикообразные структуры в почве, которые образуются из-за высокой температуры, создаваемой ударами микрометеоритов. Другая возможность заключается в том, что вода может быть спрятана между зернами лунного грунта и защищена от солнечного света, что потенциально делает ее немного более доступной, чем вода, запертая в структурах, похожих на бусинки.
Для миссии, предназначенной для изучения далеких, тусклых объектов, таких как черные дыры, звездные скопления и галактики, внимание SOFIA к ближайшему и самому яркому соседу Земли было отклонением от обычного бизнеса. Операторы телескопа обычно используют направляющую камеру для отслеживания звезд, постоянно удерживая телескоп на цели наблюдения. Но Луна настолько близка и ярка, что заполняет все поле зрения камеры-гида. Поскольку звезд не было видно, было неясно, сможет ли телескоп надежно отслеживать Луну. Чтобы это выяснить, в августе 2018 года операторы решили провести тестовое наблюдение.
«На самом деле, это был первый раз, когда SOFIA смотрела на Луну, и мы даже не были до конца уверены, получим ли мы достоверные данные, но вопросы о воде на Луне заставили нас попытаться», — сказал Насим Рангвала, проект SOFIA. учёный из Исследовательского центра Эймса НАСА в Силиконовой долине Калифорнии. «Невероятно, что это открытие стало результатом того, что по сути было испытанием, и теперь, когда мы знаем, что можем это сделать, мы планируем больше полетов, чтобы провести 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 добавятся в работу будущих лунных миссий, таких как НАСА. Летучие вещества исследуют полярный исследовательский марсоход (VIPER), чтобы создать первые карты водных ресурсов Луны для будущего освоения человеком космоса.
В том же выпуске журнала Nature Astronomy ученые опубликовали статью, в которой использовались теоретические модели и данные НАСА. Лунный разведывательный орбитальный аппарат данные, указывающие на то, что вода может задерживаться в небольших тенях, где температура остается ниже нуля, на большей части Луны, чем ожидается в настоящее время. Результаты можно найти здесь.
«Вода — ценный ресурс как для научных целей, так и для использования нашими исследователями», — сказал Джейкоб Бличер, главный научный сотрудник Управления человеческих исследований и операций НАСА. «Если мы сможем использовать ресурсы Луны, мы сможем носить с собой меньше воды и больше оборудования, которое поможет сделать новые научные открытия».
SOFIA — совместный проект НАСА и Немецкого аэрокосмического центра. Эймс управляет программой SOFIA, наукой и операциями миссий в сотрудничестве с Ассоциацией университетских космических исследований со штаб-квартирой в Колумбии, штат Мэриленд, и немецким институтом SOFIA при Штутгартском университете. Самолет обслуживается и эксплуатируется в здании 703 Центра летных исследований Армстронга НАСА в Палмдейле, Калифорния.
