Стратосферная инфракрасная обсерватория SOFIA в первый раз нашла молекулярную воду в районе 1-го из кратеров на освещённой Солнцем части поверхности Луны. Это значит, что вода быть может всераспространена на лунной поверхности не лишь в прохладных «ловушках», закрытых от солнечного света (в виде льда на деньке больших кратеров поблизости полюсов), как числилось ранее.
Освещённый Солнцем ободок и повсевременно затенённая внутренняя часть кратера Шеклтон (глубина 4 км) около южного полюса Луны.
Длительное время числилось, что воды на Луне нет. Это подтверждалось до этого всего анализами образцов лунного грунта, доставленных «Аполлонами». В их находили воду, но в следовых концентрациях, и почти все подразумевали, что это — артефакт из-за загрязнения уже опосля доставки образцов на Землю. Но за крайние 20 лет представления учёных поменялись. Главный массив данных по структуре лунных пород на данный момент — это результаты съёмки с лунных орбитальных станций, таковых как Lunar Reconnaissance Orbiter NASA либо индийский аппарат Chandrayaan. В основном для дистанционного зондирования и поисков воды употребляются радарные камеры (сантиметровые длины волн), а также ближний инфракрасный спектр, который дозволяет выявить конкретно молекулярные сигнатуры, в частности, осознать, что речь идёт о молекулах воды, а не попросту о атомах водорода и кислорода (наиболее тщательно о этом см. в статье о результатах работы станции Chandrayaan).
Присутствие воды в минералах лунного грунта в связанном виде уже было доказано. Также издавна предполагается, что частички водяного льда находятся в глубочайших кратерах поблизости лунных полюсов, в которые никогда не попадает солнечный свет. Лёд в этом случае быть может как на поверхности, так и на глубине до нескольких метров, быстрее всего, перемешанный с реголитом (лунным грунтом). Числилось, что благодаря низким температурам в таковых местах (~40 K) ниже порога сублимации лёд просто сохраняется в течение млрд лет. Кратер, на дно которого временами попадает свет Солнца, другими словами не очень глубочайший кратер в средних и экваториальных лунных широтах, согласно сиим представлениям, ловушкой для льда быть уже не может. Исходя из этого, к примеру, предлагались модели для распределения льда на Луне, в которых учитывалось, как отлично тот либо другой участок поверхности спрятан от солнечных лучей. О таком моделировании распределения геологических припасов воды на Луне есть наиболее подробная статья на веб-сайте. Новейшие данные американо-германской стратосферной обсерватории SOFIA и лунной орбитальной станции NASA Lunar Reconnaissance Orbiter демонстрируют, что лёд на Луне может сохраняться не непременно «в нескончаемой тени», а «ледяные ловушки» различных размеров, прямо до сантиметровых, всераспространены еще обширнее. Результаты 2-ух связанных исследовательских работ размещены в конце октября 2020 года в одном номере Nature Astronomy.
Лунный кратер Clavius в южном полушарии и поле съёмки аэрообсерватории SOFIA. C.Honniball et al., Nat Astron (2020).
Молекулярная вода найдена в большом кратере Клавий (Clavius), отлично различимом с Земли в южном полушарии Луны (статья в Nature Astronomy и пресс-релиз NASA). Прошлые наблюдения уже установили наличие на Луне водорода в молекулярной форме, но было непонятно, содержится ли он в форме воды (H2O) либо в виде гидроксильных групп (OH). Эти группы, к примеру, могут заходить в состав минералов в породах — употреблять таковой аква «ресурс» труднее по сопоставлению со вольной водой. Выявленные ранее сигналы на соответствующей полосе поглощения в инфракрасном спектре 3 мкм могут соответствовать как одному, так и второму случаю, и различить их на данной длине волны трудно. В сей раз в конце концов инфракрасная камера на борту обсерватории SOFIA дозволила изловить сигнал на длине волны 6,1 мкм — это соответствующая длина волны в диапазоне излучения конкретно для молекул воды. По силе сигнала установили, что концентрация воды в этом месте составляет от 100 до 400 ppm (частей на миллион, либо мкг (микрограмм) на гр породы) — это в 100 раз меньше, чем содержание воды в Сахаре. Исследователи подразумевают, что присутствие воды в таковых концентрациях на освещённых участках обосновано геологическими причинами локального нрава и навряд ли будет соответствующим для всей лунной поверхности.
В критериях отсутствия атмосферы на Луне вода на освещённых её участках обязана фактически сходу улетучиваться в космос. Потому необходимо представить, что есть некоторые механизмы генерации воды в лунных породах, её высвобождения из их, либо доставки воды на Луну; также должны быть механизмы, задерживающие испарение. Может быть, воду на Луну приносят микрометеориты, которые повсевременно бомбят поверхность. Рассматривается и иной источник: солнечный ветер доставляет хим элементы, в том числе водород, на лунную поверхность, и вызывает хим реакции с кислородом в минералах лунного грунта. Это приводит к образованию гидроксильных групп (OH), и под воздействием излучения Солнца либо ударной энергии метеоров эти группы могут преобразовываться в воду. Подразумевают, что значимая часть обнаруженной воды может содержаться в микропустотах меж зёрнами лунного грунта либо в стеклообразном веществе от плавления породы при ударе микрометеорита, и таковым образом сохраняется даже под действием Солнца.
«Прохладные ловушки» (места на Луне, защищённые от Солнца) разных масштабов, в которых может сохраняться лёд. P. Hayne et al., Nat Astron (2020).
В «парном» исследовании, размещенном в этом же выпуске Nature Astronomy, на базе данных по распределению температур и рельефу Луны от Lunar Reconnaissance Orbiter рассматривается теоретическая модель распределения «прохладных микроловушек» — повсевременно затенённых участков рельефа с размерами от км до см, в которых может сохраняться лёд. Таковых участков оказалось существенно больше, чем задумывались ранее, и они не ограничены глубокими кратерами поблизости полюсов. По оценкам, 0,1 % поверхности Луны (около 40 тыщ кв.км) быть может занято таковыми микроловушками, способными задерживать лёд. Основная часть «прохладных ловушек» сосредоточена в больших широтах > 80°. С иной стороны, кратер Клавий с найденными «припасами» воды размещен в еще наиболее тёплом регионе на широте 60° (по земным меркам — практически как Петербург по сопоставлению со Шпицбергеном, лишь в южном полушарии).
Аэрообсерватория SOFIA (Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy) — кооперативный проект NASA и германского Центра аэрокосмических исследовательских работ. Главный её научный инструмент — 2,5-метровый телескоп, работающий в инфракрасном спектре на борту реактивного самолёта Boeing 747-SP на высоте до 15 км. Из-за поглощения инфракрасного излучения в атмосфере Земли такие телескопы располагают высоко в горах либо совершенно выводят в космос (как инфракрасный галлактический телескоп Spitzer). Другое решение — обсерватория на самолёте. На таковой высоте понизу остаются слои земной атмосферы, в которых содержится около 99 % всего водяного пара в воздухе, и это дозволяет проводить наблюдения за галлактическими объектами на инфракрасных длинах волн, не заботясь о искажениях в атмосфере.
Аэрообсерватория SOFIA и кратер Clavius — инфографика NASA.
Основное предназначение данной обсерватории на самолёте — наблюдение за удалёнными галлактическими объектами — звёздными скоплениями и целыми галактиками. Исследование Луны не входило в начальные задачки, и мысль навести камеры на Луну пришла позднее. Вначале было непонятно, можно ли с помощью инструментов, созданных для звёзд, проводить наблюдения за Луной. Четкое размещение такового телескопа обычно производится «по звёздам» — камера наведения употребляет несколько звёзд как ориентиры для определения координат. Луна — очень броский и большой объект, он занимает практически всё поле зрения камеры; потому было непонятно, получится ли получить надёжные данные с привязкой к участку на Луне. Этот цикл наблюдений во время 1-го из полётов в августе 2018 года, таковым образом, был пилотным тестом, но он оказался удачным и даже привёл к открытию, потому исследование Луны станет ещё одной целью проекта. Во время следующих полётов обсерватория SOFIA будет находить следы воды на остальных освещённых участках лунной поверхности и проводить замеры для различных критерий и фаз Луны.
Готовящийся проект NASA VIPER (Volatiles Investigating Polar Exploration Rover) подразумевает посадку в декабре 2022 года механизированного ровера поблизости южного полюса Луны. Ровер будет изучить распределение льда в лунном грунте, и проект станет первым проектом картирования природных ресурсов на небесном теле.
