Пряко доказателство за воден лед на полюсите на Луната

След повече от десетилетие на мъчителни, но неубедителни намеци, нови изследвания показват убедително, че петна от воден лед лежат изложени на пода на много трайно засенчени лунни кратери.

Стремежът да се намери вода на Луната е научно махало, което се размахва широко през вековете. Много отдавна използвахме "морета", за да обозначим тъмните, грубо кръгли области на Луната, вярвайки, че те са отражения на земните океани. Телескопът промени тази фантастична представа и тогава нашето мислене беше напълно рестартирано, когато първите проби от Аполон се оказаха кости сухи и липсваха никакви минерали, съответстващи на влажна Луна. Друга възвратна промяна се случи, когато при повторната анализа на пробите от Аполон бяха открити значителни количества вода, уловена в малки мъниста от вулканично стъкло.

Махалото сега изглежда здраво закрепено за крайност "да, има вода" с изследователски доклад, създаден от Шуай Ли (Университета на Хавай) и седем колеги в материала на Националната академия на науките от 20 август . Те използваха близо инфрачервени спектри от инструмент на индийската орбита Чандраян 1, за да предоставят силни и недвусмислени доказателства за отлагания на открит воден лед в трайно засенчени кратери на лунните полюси.

Дневните температури в близост до северния полюс на Луната са драстично по-студени, отколкото на други места, като в някои кратери е 40K (–390 ° F). Тези перманентни сенки вдлъбнати вероятно пристават дебели залежи от воден лед.
Екипът на НАСА / Diviner

Водният лед може да остане вътре в тези кратери, тъй като подът им никога не е изложен на пряка слънчева светлина, следствие от лунната ос на въртене, която е почти (в рамките на 1½ °) перпендикулярна на еклиптичната равнина. Температурите на тези винаги тъмни кратерни подове са изключително ниски и се спускат до 40K (–390 ° F) вътре в някои от тях. Всички местни следи от водна пара - доставени, да речем, от въздействието на малка комета - ще замръзнат при тези „студени капани“ и ще останат там.

По-ранните наблюдения спориха за водни отлагания вътре в тези кратери, но доказателствата са косвени. Например, още през 1994 г. радарните импулси, изстреляни от орбиталния космически кораб „Клементин“ и записани на Земята след отскачането от Луната, разкриха някои полярни кратери, които силно отразяват радиоенергията, което подсказва за водния лед, който се е разделил по техните винаги тъмни подове. Съвсем наскоро умело получените изображения от космически кораб в лунна орбита показват, че сенчестите подове на полярните кратери са сравнително ярки при ултравиолетова и близка до инфрачервена дължина на вълната, но това, че е "светло", не означава автоматично "поради лед" - други обяснения са възможни,

Ето още един пистолет за пушене: Инструментът на Luna Reconnaissance Orbiter на НАСА е преброил неутроните в специфичен енергиен обхват, излъчван от лунните полюси, които трябва да са взаимодействали с водородни атоми и по този начин, най-вероятно, с вода. (Ето 2-минутно видео от НАСА, което обяснява по-подробно тази техника на откриване.)

Сините точки на тази карта показват къде водният лед съществува по етажите на постоянно засенчени кратери близо до южния полюс на Луната. Жълтият кръг означава ширина 85 ° южно. Точките представляват положителни открития от множество инструменти: инфрачервен спектрометър на Chandrayaan 1, заедно с лазерен висотомер, далечен ултравиолетов картограф и инфрачервен радиометър на Lunar Reconnaissance Orbiter.
Шауи Ли и др. / PNAS / CC-BY-NC-ND 4.0

Но работата на неутронния спектрометър не може да разграничи молекулите на водата (H20) от техния химичен относителен хидроксил (ОН), който лесно се свързва със скални минерали. Също така неутроните могат да идват от повърхността или от дълбочина до няколко десетки сантиметра (до 1 крак надолу).

Работата на Ли и неговите колеги заобикаля всички тези неясноти, търсейки три специфични близки до инфрачервени абсорбции - близо 1, 3, 1, 5 и 2, 0 микрона - създадени от вибрации във воден лед, разположени директно върху лунната повърхност. Те внимателно разгледаха спектралните карти, направени от Лунния минералогичен картер на орбитата, или М 3, и многократно откриха и трите абсорбции в пикселите на картата, които съответстват на трайно засенчени кратерни подове и на двата лунни полюса.

Близкият инфрачервен спектър на сенчестия под на Де Герлаш, кратер в близост до южния полюс на Луната (отбелязан с D на картата по-горе), показва три различни поглъщания поради водния лед.
Shuai Li et al / PNAS / CC-BY-NC-ND 4.0

Моделирането предполага, че тази трилентова техника е достатъчно чувствителна, за да идентифицира повърхностни отлагания, съдържащи само 2% до 5% воден лед по тегло. Нещо повече, М3 спектрите сигнализират само за наличието на вода в кратери в посока от ширина 70 °, а 90% от положителните открития се извършват в рамките на 10 ° от всеки полюс.

„Нямах никаква надежда да видя характеристики на лед, когато започнах този проект“, обяснява Ли в съобщение за пресата от университета в Хавай. "Бях изумен, когато погледнах по-отблизо и открих толкова значими спектрални характеристики в измерванията."

Той добавя, че разбирането на процесите, довели до водния лед на Луната, дава улики за разбиране на произхода на водата на Земята и в цялата Слънчева система. И разбира се знанието, че водният лед е изложен на лунните полюси, е голям плюс в съзнанието на онези, които проектират бъдещи лунни колонии.