Обновлённую карту распределения водяного льда в грунте южного полюса Луны представил Алексей Малахов, научный сотрудник отдела ядерной планетологии ИКИ РАН, на Европейском конгрессе по планетным исследованиям в Берлине. Карта построена по данным российского нейтронного телескопа ЛЕНД на борту аппарата LRO (НАСА), который к сентябрю 2018 года работает в космосе уже более восьми лет.

Цель эксперимента ЛЕНД — поиск на Луне водородсодержащих соединений и прежде всего водяного льда в верхнем слое грунта на глубину до 2 метров. Эксперимент начался в 2009 году, когда к нашему естественному спутнику прибыл орбитальный аппарат LRO (сокращение от Lunar Reconnaissance Orbiter, «Лунный разведывательный орбитер») НАСА, созданный для подробного изучения Луны с прицелом на её будущее освоение и создание обитаемой базы.

За более чем восемь лет работы ЛЕНД собрал внушительный объём данных о нейтронном потоке, идущем из-под поверхности Луны. Информация о количестве и энергии нейтронов свидетельствует о том, сколько водорода находится в верхнем слое грунта Луны. Водород, который входит в состав молекул воды, может служить хорошим индикатором того, насколько в грунте распространён водяной лёд (на Луне без атмосферы вода не может существовать в жидком виде, а в виде льда на поверхности — только при очень низких температурах).

В отделе ядерной планетологии ИКИ РАН был разработан метод для оценки возможного количества воды в лунном грунте до глубины в 1 метр. Данные о нейтронном потоке превращаются в данные о количестве водорода в грунте, а затем на их основе делаются предположения о возможной доле водяного льда по массе в этом количестве грунта.

Первым открытием в ходе эксперимента стал сам факт наличия воды в южных приполярных районах. В отдельных местах, по данным ЛЕНД, её доля по массе могла достигать 0,5 процентов по массе в случае его равномерного распределения по глубине. При этом массовая доля водяного льда может достигать 10 процентов по массе, если богатый водяным льдом грунт расположен на глубине около 1 метра под слоем сухого грунта.

Вторым открытием, неожиданным и наиболее важным, оказалось расположение таких районов с предположительно значительными запасами водяного льда. Перед тем, как ЛЕНД начал работу, ожидалось, что лёд на Луне может находиться лишь в постоянно затенённом грунте на внутренних склонах околополярных кратеров. Туда никогда не попадает свет Солнца, а значит, лёд, который вообще в условиях Луны днём должен мгновенно испаряться, может сохраниться в своего рода «холодной ловушке».

Данные ЛЕНД показали: некоторые районы, где водорода и воды в грунте достаточно много, действительно, частично находятся в постоянно затенённых местах, но только частично — значительная их часть всё же освещается Солнцем в течение лунных суток.

С другой стороны, далеко не все постоянно затенённые участки содержат значительное количество водорода по сравнению с освещёнными районами рядом с ними. Значит, скорее всего, физические и химические процессы, которые происходят на Луне, более сложны, чем было принято думать до миссии LRO. Самые богатые водяным льдом участки поверхности находятся внутри и в непосредственной окрестности кратеров Кабео, Шумейкер, Хаворт, Фаустини (в окрестностях южного полюса) и кратеров Рождественский, Эрлангер, Фибигер, Пласкетт (вблизи северного полюса).

В отличие от Меркурия, где весь обнаруженный лед находится внутри вечно затенённых кратеров, распределение льда в полярных областях Луны гораздо более сложно, а причины, повлиявшие на это, остаются не до конца понятными и объясненными.

Недавнее исследование, основанное на результатах совместной обработки данных экспериментов M3 (на космическом аппарате «Чандраяан-1», Индия), и LAMP, LOLA и DIVINER на LRO, выявило возможные приполярные области, где лед может находиться непосредственно на лунной поверхности. В подавляющем количестве случаев — это области постоянно затенённых «холодных ловушек», где температура падает до 110 К. Сопоставление этих результатов с результатами эксперимента ЛЕНД показали лишь частичное перекрытие найденных богатых льдом областей. Основные отличия возникают как раз там, где, оставляя сверху лишь сухой грунт, лед уходит под поверхность, а там он может быть обнаружен только прибором ЛЕНД. Поэтому огромный интерес представляют данные, которые будут получены с помощью будущих посадочных миссий в приполярные области Луны. Так, российские посадочные миссии «Луна-25» и «Луна-27» планируют не только взять образцы грунта с поверхности, но и произвести криогенное бурение на глубину более 1 метра, чтобы проверить наличие летучих веществ и прежде всего водяного льда. Тот факт, что по данным эксперимента ЛЕНД водяной лед присутствует в подповерхностном грунте освещенных Солнцем районов, значительно облегчает планирование, выбор мест посадок и осуществление таких миссий, поскольку не требуется разрабатывать космический аппарат или луноход, способные работать в условиях постоянного отсутствия солнечного света и тепла в «холодной ловушке».

Новая карта распределения водяного льда, представленная на Европейском конгрессе по планетным исследованиям в Берлине (16–21 сентября), значительно уточнена по сравнению с предыдущей, составленной в 2015 году, и включает данные за последние три года наблюдений.

Аппарат LRO сейчас выполняет третью продлённую миссию, которая окончится в сентябре 2019 года.

Карты концентрации водяного льда в процентах по массе грунта в северном (слева) и южном (справа) околополярном регионе Луны, построенные по данным прибора ЛЕНД (с) Отдел ядерной планетологии ИКИ РАН

***

ЛЕНД/LEND («Лунный исследовательский нейтронный детектор»/Lunar Exploration Neutron Detector) — российский эксперимент в программе научных исследований с борта межпланетного аппарата «Лунный исследовательский орбитер»/Lunar Reconnaissance Orbiter (ЛРО/LRO) НАСА. Научный руководитель — д.ф.-м.н. Игорь Георгиевич Митрофанов (ИКИ РАН), руководитель отдела ядерной планетологии ИКИ РАН.

Запуск аппарата LRO состоялся 18 июня 2009 г. с космодрома Канаверал, ракета-носитель Atlas V. Начало работы — 15 сентября 2009 г.

Прибор ЛЕНД — российский коллимированный нейтронный детектор, который проводит исследования Луны с орбиты её искусственного спутника. Участие России в проекте «Лунный исследовательский орбитер 2009»/Lunar Reconnaissance Orbiter 2009 определено Исполнительным соглашением между НАСА и Федеральным космическим агентством (в настоящее время — Государственная корпорация по космической деятельности РОСКОСМОС), по заказу которого в Институте космических исследований Российской академии наук была создана аппаратура ЛЕНД.  Соисполнители с российской стороны: Научно–исследовательский институт атомных реакторов (НИИАР, г. Димитровград-10), Институт машиноведения им. А.А. Благонравова РАН (ИМАШ), Объединенный институт ядерных исследований (ОИЯИ, г. Дубна), Государственный астрономический институт им. П.К. Штернберга МГУ им. М.В. Ломоносова (ГАИШ МГУ), Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН (ФТИ им А.Ф. Иоффе, г. Санкт-Петербург), Научно-инженерный центр «Специализированный научно-исследовательский институт приборостроения» (Сниип).

- О.З.