Луна – факты, теории и мифы. Поиск замёрзшей воды на Луне

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.

Не так давно, учеными из НАСА были обнаружены молекулы воды, расположенные в полярных областях Луны.

Вода была обнаружена благодаря трем различным космическим летательным аппаратам, в количестве, которое превосходит прогнозируемые величины. Однако воды, которую там удалось найти — все равно не слишком много. Кроме того, гидроксильные группы и молекулы, состоящие из атомов кислорода и атомов водорода были найдены в Лунном грунте.

Наблюдения проводились посредством лунного минералогического картографа, принадлежащему НАСА, который установлен на борту летательного космического аппарата Чандраяан -1, что относится к Индийскому управлению исследований космического пространства. Открытие было подтверждено двумя аппаратами НАСА Кассини, а также Эпокси. Один из молодых Лунных кратеров был рассмотрен минералогическим лунным картографом. На изображении указаны в синем цвете ископаемые, изобилующие водой.

Джим Грин, руководитель отдела по изучению планет в штаб квартире НАСА, отмечает, что для ученных водяной лед на Луне долгие годы считался чем-то наподобие Сятого Грааля, который все пытаются найти. Открытие удалось сделать благодаря международному сотрудничеству Индийского управления и НАСА.

Современный спектрометр, уверенно восседая на своей лунной орбите, выполнял измерения света, который отражается от поверхности Луны, в инфракрасном спектре. При этом спектральные цвета Лунной поверхности расщеплялись на довольно малые составляющие части, дабы предоставить ученным новый уровень детализации состава поверхности. Далее, полученные данные были проанализированы группой исследователей в М3. После анализов был обнаружен факт того, что спектры впитывают отраженный свет так, как это характерно для молекул воды, а также гидроксильных групп.

Однако говоря о воде на Луне, не стоит представлять озера, или даже лужи. В этом случае имеются ввиду гидроксильные группы и молекулы воды, которые непосредственно взаимодействуют с молекулами из скальных пород, а также пылью, что располагаются в верхнем слое лунной поверхности. Толщина такого слоя не превышает несколько миллиметров.

Группой М3 были обнаружены водные молекулы и гидроксильные группы, не на одном, а на многих разных участках, которые освещает Солнце. Ученые предполагали и ранее наличие молекул воды на Луне, еще в 1999 году, что следовало из полученных данных с аппарата Кассини, который пролетал над Луной на малой высоте. Однако те данные все еще не опубликованы.

В большей степени признаки наличия воды проявляются на высоких, холодных широтах Луны, в местах, ближе расположенных к полюсам спутника.

Хотя присутствие воды на Луне установлено, однако в каком количестве — пока сказать сложно. Есть лишь предположение, что в грунте Луны может содержаться около 1000 миллионных водных молекул. Говоря проще, если собрать одну тонну лунного грунта, из него можно выжать 32 унции воды.

Дабы подтвердить полученные данные — ученные обратились к миссии аппарата Эпоки. Аппарат пролетал над Луной в июне 2009 года, следуя к комете Хартли 2. Встреча с кометой планировалась на ноябрь 2010. Эпоки смог не только подтвердить полученные данные с других аппаратов VIMS (расшифровывается как Visual and Infrared Mapping Spectrometer) и М3, но также привнес в них дополнительные сведения, и смог их расширить. Данные всех аппаратов являются хорошо согласованными между собой, о чем рассказывает Роджер Кларк, ученый, работающий в отделе, занимающиеся геологическими изысканиями, расположенном в Денвере.

Джессика Саншай поведала, что Эпокси обладает фотосъемкой в достаточно широком спектральном диапазоне. Снимки были сделаны над северным полюсом Луны. Ученным удалось определить распределение гидроксильных групп и воды в виде температуры, состава, времени суток и широты.

Сама же госпожа Саншайн занимает должность заместителя главного в группе по исследованиям комического пространства посредством космического аппарата Эпокси. Кроме того Саншайн является ученым в исследовательской группе М3. По ее словам, проведенный анализ безоговорочно подтверждает факт присутствия водных молекул на поверхности Луны. Кроме того, по всей видимости, вся большая часть лунной поверхности подвержена гидрации в течении как минимум некоторого суточного отрезка на Луне.

Однако новое открытие, как и следовало ожидать, рождает ряд новых вопросов, к примеру о том, откуда берут свое происхождение лунные молекулы? Какое влияние будет оказано молекулами воды на лунную минералогию, в общем. Следовательно, подобные вопросы станут предметом изучения для ученых еще долгие последующие годы.

Открытие, ставшее «полной неожиданностью» для светской науки

Джонатан О"Брайен

Ученые из университета штата Мичиган сделали важное открытие. Они обнаружили большое количество воды в каменных породах, собранных на Луне на большой глубине. Вода химическим образом «связана» внутри каменных лунных пород.

Согласно доминирующей мирской теории, Луна сформировалась примерно 4,5 миллиардов лет назад из куска расплавленной материи, отколовшегося от вновь образованной Земли в результате столкновения с объектом размером с планету Марс. Согласно данной теории, из этого чрезвычайно горячего расплавленного материала сформировалась Луна.

На основании этой теории мирские ученые предположили, что любая вода, присутствовавшая на Луне на ранней стадии развития, должна была выкипеть и испариться в космос, в результате чего Луна и ее горные породы должны были полностью высохнуть. Именно это они и ожидали увидеть и на протяжении многих лет верили в то, что их гипотеза подтверждается результатами анализа образцов горных пород, привезенных с Луны в ходе миссий космических кораблей серии «Аполлон». Однако истина оказалась совершенно противоположной. Во время приземлений на Луну в 1969–1972 годах, на поверхности Луны были собраны образцы остывших вулканических потоков, вытекавших из глубины лунной мантии. Эти образцы каменных пород были повторно изучены недавно.

Повторный анализ образцов каменных пород с Луны

Открытие о наличии воды на Луне было сделано после того, как за последние несколько лет многие доказательства стали свидетельствовать в поддержку идеи о «влажной» Луне. Недавно ученые решили заново исследовать образцы лунных пород, доставленных в ходе миссий «Аполлона», на этот раз более тщательно. В ходе исследования они использовали более продвинутые современные технологии анализа. Результаты свидетельствуют о значительной концентрации воды , содержащейся в крохотных зернах вулканического стекла. Удивительно то, что ученые, исследовавшие эти образцы впервые в 1970-х годах, не обнаружили в них воды, а если и обнаружили, то предположили, что она появилась в образцах в результате загрязнения в процессе транспортировки на Землю. Они предположили, что теория «сухой Луны» подтверждается. В какой степени их предубеждения влияли на методы анализа и на глубину научных исследований, остается не ясным. Может ли быть, что изначально ученые не позаботились о том, чтобы скрупулезно исследовать лунные породы на содержание в них воды из-за того, что верили, что не найдут ее там? Если так, это будет еще один пример того, как эволюционные предположения/предположения о древнем возрасте Земли замедляют развитие научных знаний.

Геологи заинтригованы этим новым открытием, поскольку исследованные образцы каменных пород – это тот вид шпата, который, традиционно, считается «очень сухим» по химическому составу, и в нем не должно содержаться воды. Светские ученые-планетологи очень удивлены, и заявляют о том, что процесс образования Луны представляет собой «загадку». Вода была обнаружена не только в глубинных породах. Зонды, отправленные на Луну в недавние годы, обнаружили большое количество воды и на поверхности. Считается, что в одном из кратеров содержится примерно миллиард галлонов водного льда. Ученый-планетолог Пол Г. Люси прокомментировал, что он был «совершенно ошеломлен» этими новыми открытиями. Некоторые ученые считают, что вода на поверхности могла появиться в результате столкновений с метеоритами, однако они признают, что ни один известный механизм не может объяснить присутствие воды внутри Луны. С химической точки зрения, вода должна была быть на Луне «с самого начала» .

Теперь ученые признают, что большое количество воды присутствовало на Луне с первых минут ее образования. Должно быть, когда Луна начала формироваться, материал, из которого она была образована, был влажным. Количество воды довольно значительное; в лунных породах столько же воды, как и в базальтовых породах, образующих дно океана на Земле в океанических горных хребтах. Речь идет об очень высокой влажности!

Проблемы теорий

Одной из серьезнейших проблем для мирских ученых является теория об образовании астрономических тел, таких как планеты и спутники. В соответствии с мирской теорией, изначально они образовались в виде расплавленных шаров, которые постепенно охладились. Мирские ученые-планетологи, которым так трудно смириться с обнаружением воды в недрах Луны, недавно предложили несколько идей, пытаясь объяснить это явление. Однако ни одна из предложенных идей не может обойти проблемы «расплавленности», о которой шла речь выше, а также несколько других проблем (читайте далее). Они утверждают, что, возможно, вода на Луне имеет земное происхождение, несмотря на то, что все летучие вещества (легко испаряющиеся субстанции) должны были улетучиться из раскаленных каменных пород. Когда эта гипотеза не сработала, они выдвинули предположение о том, что, возможно, вода на Луне появилась из метеоритов. Однако ни одна из этих идей не соответствует мирской гипотезе образования небесных тел.

А как на счет Земли? Откуда на Земле появилась вода? Ученые-планетологи знают, что Земля находится слишком близко к Солнцу, чтобы получить воду из диска, из которого как считают ученые, образовалась наша Солнечная система. Некоторые секуляристы пытались представить маловероятные сценарии, согласно которым Земля должна была радикально изменить свое положение по отношению к другим планетам, в результате чего наша планета обрела воду в каком-то отдаленном месте Солнечной системы, а затем, каким-то образом, мигрировала и заняла свое теперешнее положение, ближе к Солнцу. Однако для этого понадобилось бы огромное количество времени, если это вообще возможно. Для таких перемещений нет причин, как нет каких-либо доказательств или наблюдений того, что подобные планетарные миграции когда-либо происходили, или что подобный механизм мог вообще принести воду на Землю. Это всего лишь дикое предположение.

Время рушит и другие мирские натуралистические гипотезы . Многие ученые считают, что океаны Земли появились в результате столкновений с ледяными метеоритами. Однако количество воды во всех океанах Земли (и внутренних каменных породах) настолько велико, что для того, чтобы эта теория подтвердилась, история Земли не располагает достаточным количеством времени. Как у Земли могло хватить времени для того, чтобы получить воду в ходе невероятно медленных процессов столкновения с метеоритами? Секуляристы оказались в сложной ситуации, поскольку они знают, что вода не может появиться в космосе из ниоткуда. Они считают своим долгом объяснить ее появление натуралистическими причинами, однако у них не хватает новых идей.

Оставляя в стороне проблему появления обширных резервов воды на Земле, некоторые ученые заявляют, что ледяные метеориты должны были принести воду на Луну. Однако если это действительно так, то как вода оказалась химически связанной во внутренних лунных породах? Вкрапления воды в каменных породах опровергают предположение о том, что ледяные метеориты сталкивались с Луной и изменили ее внутренний состав уже после формирования и отвердевания. Однако если это произошло еще когда Луна была в расплавленном состоянии, эту гипотезу опровергает проблема «высоких температур», ведь в таком случае вся вода должна была испариться в космосе. И такие столкновения должны были произойти в самом начале формирования Луны, ведь из «геохимии» каменных лунных пород ученым известно, что вода присутствовала в них с первых моментов образования Луны.

Не так давно было сделано еще одно открытие: оказывается, на Луне до сих пор имеет место геологическая активность. С помощью телескопов с Земли можно увидеть на Луне точки света, свидетельствующие о том, что на поверхности Луны появляется лава. А это является признаком геологической молодости небесного объекта. Согласно мирской науке, возраст Луны слишком велик для того, чтобы она могла сохранять высокую температуру ядра на протяжении миллиардов лет.

Сотворена Богом

В Библии Бог говорит нам о том, что Он образовал Землю из воды и водой. Иными словами, изначально Земля имела водный, а не расплавленный состав. Также Он говорит нам о том, что в четвертый день сотворения Он создал Луну, готовую выполнять свое предназначение. Неопровержимые доказательства изначального водного состава Луны, оказавшиеся ошеломляющим открытием современной науки, полностью соответствуют повествованию Библии. Это полностью перекликается с тем, что Бог рассказал нам о сотворении Земли и ее спутника, Луны.

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.