9 октября американцы провели первую в истории человечества мирную бомбардировку Луны, чтобы понять, есть там вода или нет. Попутно появился еще один вопрос – осталась ли жизнь на Луне после бомбардировки. Не беда, – утешили нас российские участники эксперимента, – если даже и не осталась, она там снова появится. Американцы уже потратили на это 583 миллиона долларов, затраты из бюджета РФ более скромные, зато эффективные.
Бомбить так бомбить
Еще в июне 2009 года с мыса Канаверал стартовала ракета-носитель Atlas V (Атлас V в переводе с американского), несущая на борту сразу два космических аппарата для исследования Луны – зонды LRO (Lunar Reconnaissance Orbiter) и LCROSS (Lunar Crater Observation and Sensing Satellite).
Lunar Reconnaissance Orbiter российские участники эксперимента из московского института переводят как “Лунный разведывательный орбитер”, что, по-моему, немногое объясняет, потому что нет такого слова в русском языке, так что мы его будем называть “Орбитальный разведчик Луны”. А LCROSS соответственно – “Разведчик Лунных кратеров” (намеренно упрощаем перевод, чтоб никого не путать). Фактически это две сыскные собаки, одна из которых (LRO) осматривает и обнюхивает Луну с орбиты высотой 50 км – т.е. относительно издалека, зато очень долго (как минимум год), а вторая (LCROSS) не только обнюхивает, но и пытается пощупать, но только 4 минуты с последующим летальным исходом.
Когда ракета Атлас V достигла орбиты Луны, она выпустила первый зонд – LRO, а сама с LCROSSом полетела дальше с тем, чтобы упасть на Луну, но не сразу.
Ракета-носитель должна была пасть смертью храбрых, но в сам момент падения совершить еще один подвиг. Пожалуй, это первая в истории космическая операция, когда самому моменту падения придается такое значение. Потому что это уже не просто бесполезная гибель, а еще один эксперимент – падая в точно заданном месте, ракета поднимает облако лунного грунта (пыли, льда, воды, все, что там найдется), а облако при непосредственном контакте с ним обследует второй зонд, т.е. LCROSS.
Цель экспедиции – обнаружить то место на Луне, где больше всего воды или, на худой конец, ингредиентов для ее изготовления, которыми могут быть водород (H2), кислород (О2), различные соединения того и другого. Луна уже достаточно хорошо исследована, так что понятно – озер, морей и рек на ее поверхности нет. На это уже никто не надеется. Вода может быть либо внутри, глубоко под землей, либо в поверхностном слое, на дне кратеров, скорее всего в виде льда.
Рекогносцировка на местности
Попытки обнаружить воду на Луне предпринимаются с 1966 года, когда удалось осуществить мягкую (безаварийную) посадку на Луну первого космического аппарата. Этим аппаратом стал российский “Луна-9”, прилунившийся 3 февраля 1966 в Океане Бурь и передавший на Землю первые фотоснимки с поверхности. Воды не обнаружили ни в 101 грамме лунного грунта, доставленного в 1970 году с Луны советской автоматической станцией “Луна-16”, ни в тех 300 с лишним кг, что притащили американские астронавты. Но тогда поиск воды не был первостепенной задачей. Важно было хоть как-то прилуниться. Сейчас совсем другое дело.
Активные поиски воды на Луне начались в последние два года. Они обнадежили. Так 22 октября 2008 года на орбиту Луны был запущен первый индийский лунный зонд “Чандраян-1” с 11 приборами, разработанными специалистами разных стран. Минувшим летом индийские СМИ поспешили раструбить на весь мир сенсацию – их зонд обнаружил воду на Луне. Но это не совсем так.
– Установленный на аппарате спектрометр МММ (Moon Mineralogy Mapper), рассматривавший Луну в инфракрасном спектре, обнаружил, что в спектре отраженного Луной излучения присутствует особая линия поглощения, 3 микрона, характерная для воды, – рассказывает Игорь Митрофанов, заведующий лабораторией космической гамма-спектроскопии Института космических исследований РАН и руководитель российской части проекта LAND (другой проект по поиску воды на Луне – о нем позже). – Не обязательно это вода, может быть и гидрат – соединение, состоящее из кислорода и водорода.
Данные индийского зонда подтвердила американская станция Deep Impact, вращающаяся сейчас по орбите вокруг Солнца. Оказалось – интенсивность характерного для воды или гидратов сигнала от Луны зависит от времени суток: максимум наблюдается утром, минимум – ближе к полудню. Ученые сделали вывод, что вода или гидраты не присутствуют на поверхности постоянно, а образуются и исчезают каждый день. Ведущая теория на этот счет такая – водород в виде протонов, входящий в состав так называемого солнечного ветра, попадает на поверхность Луны, где взаимодействует с кислородом (он есть в составе лунных минералов), образуя воду. Днем под воздействием солнечного тепла молекулы воды испаряются. Аналогичную особенность лунного спектра обнаружил еще в 1999 году американский аппарат-разведчик “Кассини”, отправленный к Сатурну и пролетавший 10 лет назад мимо Луны. Данные с “Кассини” тогда не были опубликованы – американцы опасались, что их обвинят в раздувании ложной сенсации.
Но в сентябре 2009-го журнал Sience опубликовал сразу три статьи, в которых с использованием данных всех вышеперечисленных аппаратов доказывалось, что на Луне есть вода. Причем повсеместно. Характерный спектр зарегистрирован почти по всей территории Луны, но ближе к полюсам т.н. “водяной сигнал” усиливается. Если теория верна, из одной тонны только верхнего слоя грунта на Луне можно получать около 900 граммов воды. Не так уж плохо, в пустыне Гоби с водой гораздо хуже, и ничего – пресмыкающиеся живут, верблюды заходят.
Однако все это пока только теории. Подтвердить или опровергнуть их должен эксперимент – бомбардировка Луны первой ступенью ракеты Atlas V. Оставалось решить, куда ее сбросить, чтоб в поднятом взрывом облаке обнаружить воду с наибольшей вероятностью. Эту задачу – определения наиболее водяного места – решал прибор LAND (Lunar Exploration Neutron Detector), “нейтронный детектор для исследования Луны”, разработанный Московским институтом космических исследований РАН. Потому что российский LAND видит Луну насквозь на глубину 1 – 2 метра, а иностранные приборы, использующие метод спектрометрии, только на несколько миллиметров.
Прицелились, упали
Ракета Atlas V уже летела к Луне, а место прилунения так и не было выбрано. Шли ожесточенные споры ученых. Сходились в одном – лучше всего бомбить район Южного полюса. Но где именно?
В последнее время наиболее вероятным местом для обнаружения воды на Луне ученые считали глубокие кратеры, находящиеся на обратной, не видимой с Земли стороне. Наклон оси вращения Луны очень небольшой, поэтому рядом с лунными полюсами есть кратеры, куда свет Солнца никогда не падает. Ученые выдвинули гипотезу, что в этих районах как раз и могут сохраняться ледяные ядра комет, то и дело падающих на Луну. Атмосфера на Луне настолько разреженная, что практически не защищает ее ни от метеоритов, ни от комет. Поэтому Луна и выглядит как Грозный после миротворческой миссии. Считается, что собственная вода на Луне если и есть, то немного, а основную массу составляет вода, привнесенная кометами.
Ученые из российского Института космических исследований разработали прибор, позволяющий обнаружить признаки воды с расстояния. Детектор LAND регистрирует поток нейтронов с поверхности планеты и измеряет его интенсивность. Выходящий из грунта поток нейтронов зависит от состава вещества. При столкновении с ядром водорода нейтрон теряет половину своей энергии.
Российский нейтронный детектор установлен на борту космического аппарата LRO, который доставила на лунную орбиту ракета Atlas V.
– Фактически это геологоразведка, направленная на выявление воды или ее составляющих, – рассказывает Игорь Митрофанов, главный разработчик прибора и руководитель проекта LAND. – За год мы составим полную карту зон наиболее вероятного залегания воды на Луне. Прибор, как мы и предполагали, действительно обнаружил области с высоким содержанием водорода вблизи Южного полюса. Однако их границы не совпали с известными ранее затененными областями кратеров. Признаки воды обнаружились как в них, так и по соседству.
Этот факт ученых удивил, однако не обескуражил. Придется разрабатывать теорию, объясняющую это явление, но сам по себе результат положительный, если это вообще вода, получается, что ее даже больше, чем предполагалось.
NASA ужасно обрадовалось полученным результатам и быстренько подкорректировало траекторию полета ракеты Atlas V, решив приземлить ее не в кратере Кабеус А, а в соседнем кратере – Кабеус.
– Они посоветовались с нами, мы проголосовали за Кабеус, кратер глубиной в 3 км, где, по данным нашего прибора, с наибольшей вероятностью могут быть водные образования, – рассказывает Митрофанов. – Американцы прислушались к нашему мнению и в результате кинули ракету именно туда.
9 октября разгонный блок “Центавр” (часть ракеты Атлас V) врезался в дно кратера Кабеус со скоростью 2,5 километра в секунду. Энергия взрыва составила 1,5 тонны в тротиловом эквиваленте, на склоне кратера образовалась воронка диаметром около 20 метров и глубиной 3,5 метра, облако грунта поднялось на высоту 9 км. А Луне хоть бы хны. Не идут в адрес Барака Обамы возмущенные письма от местных жителей. Через 4 минуты в Луну врезался аппарат LCROSS, отделившийся от ракеты ранее и изучавший химический состав грунта в облаке взрыва. И опять все тихо.
– Означает ли это, что астероиды, от которых вы пытаетесь защищать Землю, достаточно безопасны? Ракета в этом случае практически полный аналог, – спросили мы у Андрея Филькенштейна, директора Института прикладной астрономии РАН.
– Астероиды не могут уничтожить планету, более того – поверхность нашей планеты создана в основном за счет падения астероидов. Астероиды опасны не для планеты, а для уже существующей жизни. Так из-за астероидов примерно 60 миллионов лет назад исчезли динозавры на земле и появились млекопитающие и в конце концов человек. Из-за падения астероида диаметром около 10 км возник аналог “ядерной зимы”, радикально изменились температурные условия на Земле, температура упала, затем полностью поднялась, полностью изменился теплообмен на Земле. Разгонный блок “Центавр” слишком мал, чтобы в результате падения на Луну вызвать подобные эффекты.
Что же с водой, однако? По прогнозам Игоря Митрофанова, окончательный результат бомбардировки Луны будет обнародован только в начале зимы -примерно 9 декабря. Столько времени понадобится на анализ.
– Но ваш аппарат ведь тоже наблюдал за моментом падения?
– Да, но очень непродолжительное время и с большого расстояния – около 150 км, – рассказывает Митрофанов. – Аппарат с нашим прибором пролетел в районе взрыва несколько десятков секунд, а методы измерения, которыми он пользуется, – статистические, для них нужно несколько часов. Так что ничего необычно мы не заметили и не могли заметить.
– Какова вероятность, что обнаруженный вами эффект поглощения нейтронов в области кратера означает именно присутствие воды?
– Вероятность высока. В природе подобный эффект в большинстве случаев дает вода. Удостовериться на 100% можно, только взяв пробу и сделав анализ в условиях лаборатории, так что подведение итогов эксперимента по бомбардировке тоже не даст однозначного ответа. Американцы, как главные организаторы и финансисты эксперимента, это, конечно, понимают. Тем не менее, пошли на эти исследования. Дело в том, что отсутствие воды – это не катастрофа. То, что водород и кислород в составе различных соединений в лунном грунте присутствуют, теперь доказано однозначно. Вопрос только, в составе каких, где и каким способом их добывать, чтоб получить в результате воду, где разместить станцию для переработки, чтобы оптимизировать технологический процесс. Эксперимент LAND, бомбардировка Луны и наблюдение за ней с помощью аппарата LCROSS входят в программу Constellation (“Созвездие”), которая не занимается фундаментальными исследованиями, а носит чисто прикладной характер. Наша задача – выполнить карту величины потока нейтронов со всей поверхности Луны, что важно для разведки воды, а также изучить радиационные условия в различных частях Луны, понять, какую там дозу можно получить и в течение какого времени. Такие измерения ранее проводились, но глобально вся Луна исследуется впервые. Эти две задачи мы выполним к середине сентября 2010 года.
Опять на Луну – не надоело?
Воду и безопасные в плане радиации зоны на Луне ищут для того, чтобы поселить там кого-нибудь или самим поселиться.
– Луна представляет сейчас острый интерес в связи с тремя целями: первая из них сводится к тому, чтобы в ближайшее время начать колонизацию Луны, но не в каких-то там циклопических масштабах, а только для трех ближайших задач: 1) создание обсерватории на Луне, 2) создание космодрома для полета к дальним планетам, в частности – к Марсу, 3) наиболее отдаленная – добыча минералов на Луне, прежде всего так называемого гелия-3, изотопа гелия, – рассказывает Андрей Филькенштейн. – Гелий-3 – очень эффективный источник для ядерной энергетики, он в разных состояниях присутствует в природе – в жидком и в твердом, как минерал. Для того чтоб колонизировать Луну, нужно иметь там воду в больших количествах, необходимых для жизнедеятельности хотя бы нескольких человек. В практическом плане это самое важное. Вторая задача – понять есть ли вода в Солнечной системе на каких-либо других астрономических объектах, кроме Земли. Ее ищут везде – на Марсе, его спутниках, спутниках других планет, т.к. это вопрос о возникновении жизни в Солнечной системе. Считается, что на поверхности Луны и Марса нет воды, а под корой, возможно, есть. Если она там есть, возможно, существует и жизнь на спутниках больших планет и на самих планетах. Если вода существует там даже в микроскопических количествах, значит, на Луне есть области, где воды много.
– Предположим, вода есть, а дышать чем? Атмосфера разрежена в 14 раз по сравнению с Землей, и кислорода там почти нет.
– Ничего страшного. Будет создаваться искусственная среда. Кстати, отсутствие воды как таковой тоже не станет непреодолимым препятствием для колонизации. Если есть вода – хорошо. Если нет – воду нужно там создавать, привозить с собой. Это все реально и технологически не очень сложно, хотя и затратно. Едва Гагарин полетел в космос, как возникла идея создания колонии на Луне. Но, конечно, не для того, чтобы реализовать программу “Доступное жилье”. Как это ни смешно, люди рассчитывают совсем на другое. Уже начали покупать участки на Луне. Видимо, считают, что там можно будет при случае построить отели или квартиры. Кстати, это совершенно незаконно.
– Почему нельзя приобрести кусок Луны в собственность?
– Поверхность или недра Луны, как и других тел Солнечной системы, не могут быть собственностью ни государства, ни организации, ни частного лица. Это общее достояние человечества, гласит статья 11 Закона “О деятельности государств на Луне и других небесных телах”, принятого ООН в 1984 году.
Программа Constellation предполагает высадку астронавтов на Луну в 2020 году. В феврале этого года в Антарктиде успешно завершились испытания надувного модуля для жизни космонавтов на Луне. Видел я этот модуль. Тихий ужас, конечно. Надувная палатка. Но американцев понять можно – в условиях необеспеченности доллара на лучшую недвижимость трудно рассчитывать.
Как рассказали нам в Российском космическом агентстве, наша страна рассматривает Лунную базу только как пересадочный хаб для полета на Марс. Российский проект Лунной базы готов, нам прислали эскиз (см. на рисунке). Недвижимость, конечно, посолиднее, чем американская палатка, но предполагает размещение в трубке из-под лавы под землей и означает возвращение человека в пещеры.
