Доктор педагогических наук Ефрем Левитан.
Наука и жизнь // Иллюстрации
Район Южного полюса Луны. Изображение составлено из 1500 снимков, переданных с борта АМС «Клементина», которая в 1994 году в течение 70 дней картографировала лунную поверхность с орбиты искусственного спутника Луны. Иллюстрация NASA.
Астронавт Баз Олдрин («Аполлон-11») ступил на поверхность Луны через 20 минут после Нейла Армстронга. 21 июля 1969 года. Фото NASA.
Карта видимой с Земли стороны Луны. Около её Южного полюса располагается кратер Кабео (диаметр 98 км, глубина 4 км), названный в честь итальянского учёного Николы Кабео (1586-1650).
18 июня 2009 года к Луне стартовала космическая ракета «Атлас-V» (США) с двумя лунными автоматическими межпланетными станциями - «Лунный орбитальный разведчик» и «LCROSS». Фото NASA.
АМС «LCROSS» и «Центавр» - ступень ракеты «Атлас-V». 9 октября 2009 года эти две «бомбы» были сброшены на поверхность Луны, в кратер Кабео. Иллюстрация NASA.
Несколько веков назад всё казалось понятным. На первых картах Луны уже были «моря» (Море Ясности, Море Дождей, Море Холода, Море Нектара, Море Спокойствия и т.д.) и даже «океан» (Океан Бурь). Так астрономы назвали хорошо видимые с Земли невооруженным глазом тёмные участки лунной поверхности, будучи совершенно уверенными, что они заполнены водой. На самом деле эти моря оказались безводными.
В наше время каждый школьник знает, что при царящих на Луне физических условиях вода в жидком состоянии существовать на её поверхности не может. Но воду на Луне упорно ищут. Землянам она очень нужна, ведь человечество не оставляет надежду освоить спутник нашей планеты. Хочется верить, что не за горами создание на Луне космодромов, обсерваторий с мощнейшими телескопами, баз для их обслуживания, разведки и добычи редких полезных ископаемых. Вода понадобится и для питья, и для технических нужд, и для пополнения запасов кислорода.
Сейчас на Луне ищут не обширные водные бассейны, а лёд, который может находиться в защищённых от лучей Солнца местах, например на дне некоторых лунных кратеров. Кроме того, учёные пытаются обнаружить признаки воды, находящейся в связанном состоянии в химических соединениях.
Сорок с лишним лет назад на Луне побывали американские астронавты и советские автоматические станции. Астронавты шести американских экспедиций, работавших по программе «Аполлон», привезли на Землю более 380 кг лунного грунта. Анализ образцов будто бы свидетель-ствовал о наличии в них некоторого количества воды, но этот результат сочли сомнительным, поскольку контейнеры оказались разгерметизированными и вода могла появиться в них уже в земной атмосфере.
В 1972 году полёты на Луну, а с ними и поиски воды надолго прекратились, а потом возобновились с новой силой. В 1994 году с борта американского искусственного спутника Луны «Клементина» проводились радарные исследования разных участков лунной поверхности, в частности ударного кратера Эйткен, в 100 км от Южного полюса. Крупнейший кратер не только на Луне, но и во всей Солнечной системе (диаметр 2500 км, глубина 13км) назван в честь известного исследователя двойных звёзд Роберта Гранта Эйткена. От этого, как считают, самого холодного места был получен отражённый радиосигнал, аналогичный сигналу от земных арктических льдов. Но данные «Клементины» в дальнейшем не получили подтверждения.
В 1998 году другой американский космический аппарат — «Лунар Проспектор» - передал на Землю данные о наличии льда в полярных областях Луны. Согласно показаниям приборов, вблизи лунных полюсов, скорее всего, нет сплошного ледяного покрова, а замёрзшая вода может содержаться в лунном грунте, называемом реголитом. 31 июля 1998 года «Лунар Проспектор» по команде с Земли врезался в один из глубоких кратеров вблизи Южного полюса. Учёные надеялись обнаружить пары воды в спектре выброшенных после удара частиц, но сделать это тогда не удалось.
Поиском льда на Луне занимались и другие космические аппараты. Некоторые из них исследовали Луну попутно, пролетая мимо. Например, главной целью автоматической межпланетной станции (АМС) «Кассини», запущенной 15 октября 1997 года, была не Луна, а Сатурн с его многочисленными спутниками. Попутно АМС «Кассини» улавливала и исследовала излучение, посылаемое в космос поверхностью Луны.
27 февраля 2005 года первая автоматическая межпланетная станция Европейского космического агентства «SMART-1» стала искусственным спутником Луны и исследовала её до начала сентября 2006 года. В 2009 году успешно начала выполнять лунную программу индийская АМС «Чандраян-1», но её многообещающая миссия была досрочно прекращена из-за нарушения в работе электроники.
Из данных, переданных на Землю с борта космических аппаратов, следовало, что на Луне есть либо замёрзшая вода, либо другие соединения, содержащие гидроксильные радикалы. Но этот вывод вовсе не исключал необходимости дальнейших исследований и экспериментов.
Новым важным этапом в изучении Луны и поиске на ней льда стал запуск двух американских АМС - «Lunar Reconnaissance Orbiter» («Лунный орбитальный разведчик») и «LCROSS» («Lunar Crater Observation and Sensing Satellite» - спутник по наблюдению и детектированию лунных кратеров). Обе станции вывела в космос ракета «Атлас-V» 18 июня 2009 года. Через пять дней АМС «Лунный орбитальный разведчик» вышла на орбиту искусственного спутника Луны. Ещё через пять дней АМС «LCROSS» с последней ступенью ракеты-носителя поднялась на высокоэллиптическую околоземную орбиту. Она временно стала искусственным спутником Земли, облетавшим нашу планету по очень вытянутой орбите, откуда почти четыре месяца исследовала минералогический состав лунной поверхности и искала на ней лёд.
9 октября 2009 года в рамках этой программы был проведён уникальный эксперимент. АМС «LCROSS» покинула околоземную орбиту и устремилась к Луне, в кратер Кабео (Кабеус) диаметром 98км, глубиной 4 км, расположенный примерно в 100км от Южного полюса и практически никогда не освещаемый Солнцем. На дно кратера сначала упала первая «бомба» - отработавшая ступень «Центавр» (Кентавр) ракеты «Атлас-V» массой 2,2 т. Примерно через четыре минуты туда же упала вторая «бомба». Ею стала АМС «LCROSS» (масса 891 кг), которая перед падением промчалась сквозь поднятое «Центавром» облако пыли, успев сделать необходимые замеры до момента гибели аппарата. В облаке содержалась пыль не только с поверхности дна кратера, но и с глубины до нескольких десятков метров.
На борту АМС «LCROSS» находились три спектрометра, которые определяли химический состав частичек пыли, фотометр, замерявший яркость вспышки от первой бомбы, и пять камер, фотографировавших бомбардировку Луны до момента гибели аппарата. (Подробнее см. «Наука и жизнь» № 12, 2009 г., с. 28-29.) За экспериментом велись наблюдения не только с борта «Лунного орбитального разведчика», но и с помощью космического телескопа им. Э. Хаббла, некоторых научных искусственных спутников Земли и крупнейших наземных телескопов, находящихся в обсерваториях на Гавайях, в Калифорнии, Аризоне и Нью-Мексико.
Американские исследователи считают, что им всё-таки удалось найти некоторое количество воды в облаке лунной пыли. Они впервые объявили эту новость 13 ноября 2009 года. Организаторы столь грандиозного эксперимента, конечно, постарались исключить возможность того, что обнаруженная ими примесь воды привнесена «Центавром».
После этого эксперимента «Лунный орбитальный разведчик» продолжил исследовать Луну с полярной окололунной орбиты. На борту космического аппарата установлен российский прибор ЛЕНД (LEND, Lunar Exploration Neutron Detector) - лунный исследовательский нейтронный детектор, предназначенный для поиска замёрз-шей воды. Это усовершенствованный вариант российского прибора ХЕНД (HEND, High Energy Neutron Detector) - детектора нейтронов высоких энергий, который с 2001года работает на одном из американских искусственных спутников Марса. Оба российских прибора способны обнаружить слой льда толщиной несколько миллиметров на глубине 1-2м под поверхностью исследуемого небесного тела. ЛЕНД начал работать на орбите искусственного спутника Луны 20 июня 2009 года и уже обнаружил в районе Южного полюса большое количество водорода, который может быть признаком наличия там воды в связанном состоянии.
Учёные не только ищут воду на Луне, но и пытаются ответить на вопрос, откуда вообще она могла там появиться. Среди предлагаемых гипотез имеет смысл обратить внимание на две. Согласно первой, воду на Луну могли принести падающие на её поверхность кометы и метеориты. Сторонники второй гипотезы считают, что вода в поверхностных слоях Луны могла появиться в результате воздействия солнечного излучения. При этом учитывается, что содержащиеся в солнечном ветре протоны, врезаясь с огромной скоростью в лунный грунт, способны разрушать молекулы реголита и освобождать кислород, который при соединении с водородом образует молекулы воды. Так или иначе, вода на Луне могла появиться, и землянам остаётся лишь окончательно убедиться в том, что она там есть и сейчас, причём в достаточном количестве. С этой целью лунные космические миссии будут продолжаться. Например, в одном из ближайших космических экспериментов по поиску замёрзшей воды на Луне намечено осуществить бурение дна кратера Кабео.
Ученые нашли веские доказательства того, что Луна может содержать огромное количество воды в своей структуре. Этот факт может быть очень полезен для будущих исследований лунной поверхности.
Научное исследование было проведено учеными из Университета Брауна в Род-Айленде и опубликовано в издании Nature Geoscience. Ученые изучали процесс поимки воды в ловушку в вулканическое стекло через лунную поверхность. Остатки лунного вулканизма насчитывают миллиарды лет.
«Историческая точка зрения заключалась в том, что Луна была абсолютно сухой планетой, — сказал ведущий автор исследования Ральф Милликен. — Но мы и сейчас продолжаем признавать, что это не так, и на самом деле планета может быть гораздо более похожей на Землю с точки зрения наличия воды и других летучих газов».
Предыдущие научные работы
В предыдущих исследованиях использовались образцы, полученные в ходе космических полетов кораблей Apollo 15 и 17, в 1971 и 1972 годах, целью которых стало исследование воды на Луне.
В 2008 году ученые обнаружили следовые количества воды в некоторых из бусин, состоящих из вулканического стекла. Предполагалось, что Луна может быть влажной.
Даже небольших объемов воды на Луне было бы достаточно для создания значительных залежей вулканического стекла. Когда лава формируется с невероятной быстротой, ее молекулярная структура не успевает перестроить себя в «нормальное» каменистое тело и вместо этого преобразуется в стекло. Небольшие капли лавы, выброшенные в воздух, как правило, превращаются в стекловидное тело, но внезапное охлаждение в воде обладает тем же эффектом.
Хотя в предыдущих исследованиях основное внимание уделялось образцам, привезенным Apollo, в этом последнем научном изыскании вместо этого материала использовались спутниковые данные, полученные на лунном орбитальном аппарате Индии Chandarayaan-1. Изучая свет, отраженный от поверхности Луны, исследователи смогли выяснить, какого рода минералы на ней присутствуют.
Структура воды на Луне
Почти во всех крупных пирокластических отложениях на поверхности Луны, которая является скалистой планетой, составленной из вулканического извержения, исследователи обнаружили доказательства наличия воды в виде бусинок из вулканического стекла. Это предполагает, что части мантии Луны могут содержать столько же воды, сколько есть на Земле.
«Вода, которую мы обнаруживаем, может быть либо как ОН (гидроксид минерала), либо Н 2 О, но мы подозреваем, что это прежде всего ОН», — констатировал ученый Милликен.
Важность открытия
Неясно, была ли эта вода принесена на Луну кометами или астероидами, или, возможно, уже присутствовала в ее структуре. Интерес вызывает то, что она может быть значительно легче получена, чем замороженная во льду на полюсах. Вода может быть извлечена из гранул путем их нагревания до высоких температур.
«Все, что помогает облегчить работу будущих лунных исследователей от необходимости использовать много воды из дома, — это большой шаг вперед, и наши выводы открывают перед человечеством новую альтернативу», — говорится в заявлении соавтора исследования Шуай Ли.
Новый анализ данных, собранных двумя орбитальными зондами, свидетельствует о том, что вода на Луне распространена по все поверхности и не ограничивается конкретным регионом или типом местности. Похоже, что она присутствует и на дневной и на ночной стороне спутника, хотя и не всегда в легком доступе. Результаты исследования представлены в журнале Nature Geoscience .
«Оказалось, что неважно в какое время суток и на какой участок мы смотрим, сигнатура воды присутствует всегда. Вода буквально прикреплена к лунной поверхности и ее наличие, по-видимому, не зависит от состава породы», – рассказывает Джошуа Бандфилд, ведущий автор исследования из Института космических исследований в Боулдере (США).
Результаты противоречат более ранним исследованиям, которые сообщают, что на полярных широтах Луны содержится больше воды и что ее сигнатура ослабевает в ходе лунного дня (29,5 земных суток). Основываясь на них, некоторые планетологи предположили, что это связано с «движением» молекул воды по лунной поверхности, которое будет продолжаться до тех пор, пока они не попадут в холодные ловушки темных кратеров вблизи северных и южных полюсов нашего спутника. В планетарной науке холодная ловушка – это настолько холодная область, что водяной пар и другие летучие вещества, попавшие в нее, будут оставаться стабильными в течение длительного периода времени (до миллиарда лет).
Однако дискуссии на этот счет продолжаются, и в основном они связаны с методом обнаружения. Исходные данные для предыдущих исследований были получены инструментами дистанционного зондирования, которые измеряли силу солнечного света, отраженного от поверхности Луны. Присутствие воды выдавала определенная спектральная подпись на длинах волн около 3 микрометров, лежащих за пределами видимого света в области инфракрасного излучения.
Но поверхность Луны под действием может стать достаточно горячей, чтобы излучать собственный свет в инфракрасной области спектра. Задача состоит в том, чтобы распутать эту смесь отраженного и испускаемого света, и для этого исследователи должны иметь очень точную информацию о температуре поверхности.
Чтобы разобраться в этой головоломке, Джошуа Бандфилд и его команда разработали новый подход и создали детальную температурную модель, которая впервые включила в себя информацию от двух спутников: NASA «LRO» и индийского «Chandrayaan-1».
Космический аппарат NASA «Lunar Reconnaissance Orbiter». Credit: NASA
Новые результаты показали, что вода широко распространена в виде OH (гидроксил или водный остаток) и относительно неподвижна. Учитывая то, что гидроксил не способен долго оставаться в свободной форме и является высокоактивным, предпочитая «атаковать» молекулы или образовывать с ними химическую связь, он, скорее всего, заперт в лунных минералах и извлекается из них под действием определенных процессов. Кроме того результаты указывают на то, что вода в любой форме довольно крепко «прикреплена» к поверхности.
«Поставив некоторые ограничения на то, насколько мобильна вода или ОН на Луне, мы можем определить, сколько воды достигает в полярных регионах», – пояснил Майкл Постон, соавтор исследования из Юго-западного научно-исследовательского института (США).
Исследователи все еще обсуждают, что новые результаты говорят об источнике воды на Луне. Возможно OH и/или H2O создаются солнечным ветром, попадающим на лунную поверхность, хотя команда не исключает, что эти молекулы могут медленно высвобождаться из минералов, в которых они заперты с момента образования спутника.
Спутник нашей планеты, почти каждую ночь освещающий Землю, кажется таким прекрасным и совершенно безжизненным. Однако новые данные Института космических исследований опровергают это утверждение. Так, некоторые ученые считают, что на Луне все же есть вода и ее больше, чем ранее предполагалось.
Вода – источник всего живого. Ее молекулы делятся на водород и кислород – элементы, которые необходимы для дыхания. Поиском жидкости занимались много раз, для этого даже создавались специальные миссии для полетов на Луну.
Сейчас же в результате наблюдений ученым удалось получить сигнал о наличии воды. Причем получен он был вне зависимости от времени суток и широты. Правда, основной задачей было измерение солнечного света, которые отражается от поверхности спутника, именно в ходе данного исследования ученые и обнаружили сигнал. Напомним, что ранее считалось, что вода может присутствовать только на полюсах Луны, а по прочности напоминать воск.
Результаты были получены из инструментов дистанционного зондирования, которые могут захватывать отпечаток спектра за пределами освещенности или в зоне инфракрасного излучения. Впрочем, светится спутник может и из-за температуры своей поверхности. Чтобы распутать загадку, необходимо было знать точные температурные данные.
Когда информация о температуре была получены, учены смогли сделать вывод, что вода в той формуле, что на Земле (Н2О), вряд ли присутствует. Вероятно, на Луне она есть в виде более реактивного гидроксила (OH).
Твиты о вселенной Чаун Маркус
29. Есть ли вода на Луне?
29. Есть ли вода на Луне?
большие темные пятна на Луне считались когда-то морями (maria на латыни). Однако теперь мы знаем, что они являются равнинами вулканической лавы.
Вода не может находиться на поверхности Луны. Без атмосферы она немедленно бы кипела в космосе. Поэтому Луна совершенно сухая.
Анализ доставленной Аполлонами лунной породы, казалось, подтвердил теорию сухой Луны. Считалось, что небольшое количество обнаруженной воды - это загрязнение от астронавтов.
Но в 2009 индийский космический аппарат Чандраян-1 обнаружил «спектральные следы» воды (H 2 O) или гидроксила (ОН) на лунной поверхности.
Наблюдение было подтверждено другими космическими аппаратами: Кассини (по пути к Сатурну) и Дип Импакт (проходившим мимо Земли/Луны по дороге к комете Хартли).
Было найдено незначительное количество воды: всего 0,1 % (1 литр на тонну).
Вероятно, она была образована солнечным ветром (ядра водорода) в сочетании с минералами, богатыми кислородом.
Молекулы воды слабо связаны с лунной породой. Это означает, что вода медленно ползет от лунного экватора к более холодным полярным областям.
Лунная вода скапливается в виде льда в глубоких кратерах у лунных полюсов.
Их дно, которое находится в постоянной тени, никогда не чувству, свет тепла Солнца.
9 октября 2009 исследовательский космический зонд LCROSS врезался в полярный кратер Кабеус. По крайней мере 100 кг воды было обнаружено в шлейфе, поднявшемся от удара.
Вода на Луне имеет ключевое значение для создания в будущем лунной базы. Большое значение она имеет не только для питья, но и для создания ракетного топлива.
Однако, по материалам LCROSS, лунная вода существует не в виде больших льдин, а с примесью лунного грунта, что создает трудности для ее извлечения.
Из книги Новейшая книга фактов. Том 3 [Физика, химия и техника. История и археология. Разное] автора Кондрашов Анатолий Павлович Из книги Тайны пространства и времени автора Комаров Виктор Из книги Капля автора Гегузин Яков Евсеевич Из книги Твиты о вселенной автора Чаун Маркус Из книги Как понять сложные законы физики. 100 простых и увлекательных опытов для детей и их родителей автора Дмитриев Александр Станиславович Из книги автора Из книги автора Из книги автора Из книги автораТалая вода Весеннюю капель, таяние снега, ручейки талой воды я почему-то всегда встречаю с грустью. Приход весны вызывает у меня ощущение не начала чего-то, а конца... Все свои планы я строю не на «учебный год» и не от новогодней ночи и до новогодней ночи, а от талой воды и
Из книги автора27. Сколько людей побывало на Луне? Только двенадцать человек ходили по Луне. Только девять из них все еще живы. Самый молодой, Чарльз Дьюк (Аполлон 16), родился 3 октября 1935.Президент Джон Кеннеди сообщил о лунной программе «Аполлон» в знаменитой речи в Конгрессе США 25 мая
Из книги автора28. Останутся ли следы на Луне навсегда? Нет. Но они будут оставаться там очень долго!На Луне нет ветра или дождя, которые могли бы стереть следы, оставленные астронавтами Аполлонов. С другой стороны, на ней есть «дождь» из космических микрометеоритов.Микрометеориты, часто
Из книги автора51. Есть ли вода на Марсе? Ее много. Но она вся замерзшая. Большая часть воды запасена в подземных льдах в высоких широтах. Полярные шапки также содержат большое количество льда.В конце XIX в. Джованни Скиапарелли обнаружил прямые линии на Марсе. Их назвали по-итальянски canali,
Из книги автора9 Как вода ломает железо Для опыта нам потребуются: пустая жестяная банка из-под пепси, колы или пива. Старинная русская пословица гласит: капля камень точит. И это действительно так. Когда мне довелось путешествовать по глубоким каньонам (ущельям) в горах, я удивлялся
Из книги автора45 Вода из огня, или Почему дрова трещат в костре Для опыта нам потребуются: обычные спички. Зажигал ли ты когда-нибудь обычную спичку? Наверняка не раз. А если я спрошу, можно ли получить воду, зажигая спичку, ты задумаешься.Этот опыт надо делать только вместе со взрослыми,
Из книги автора72 Яйцо-батискаф, или Вода из Мертвого моря Для опыта нам потребуются: высокая стеклянная банка, соль, куриное яйцо. Этот опыт описан у великого мастера опытов Я.И. Перельмана, но я включил его в свои опыты, немного изменив, потому что опыт очень простой и очень хороший. Он
Из книги автора96 Вода в масле, или Еще про эмульсии Для опыта нам потребуются: ненужный CD-ROM, подсолнечное масло. Мы знаем, что такое эмульсии. Но вот невероятно красивый опыт, который удивил даже меня самого. Получился он случайно, тем не менее мне самому он так понравился, что я решил