В прошлом месяце Китай своей миссией по доставке образцов лунной породы подстегнул других игроков к активному освоению Луны. По крайней мере, восемь космических аппаратов из таких стран, как Россия, Индия, Китай, Япония и США должны сесть на поверхность Луны в ближайшие три года.
Впервые за все время изучения Луны будут исследованы некоторые из наиболее интригующих с научной точки зрения, но и чувствительных ее регионов — те, что находятся на полюсах. Ученых интересует вода, которая находится в замороженном состоянии в затененных кратерах. Но они также обеспокоены тем, что увеличение грузо- и пассажиропотока на Луну может привести к загрязнению самого льда.
Лед важен для ученых по разным причинам. Одни хотят проанализировать нетронутые образцы, чтобы узнать, как и когда Земля и Луна накопили воду миллиарды лет назад. Другие хотят добывать лед в качестве топлива для ракет на будущих лунных базах.
Перед исследователями стоит сложный выбор. Начинать ли копать сразу, чтобы отработать процессы, с помощью которых можно добывать лед и превращать его в топливо? Или действовать медленно, чтобы сохранить научные данные, закодированные во льдах? «Прямо сейчас у нас есть ученые, которые говорят, что мы не можем даже приблизиться к нему, потому что мы его разрушим», — говорит Клайв Нил, геолог из Университета Нотр-Дам в Индиане. «А другие говорят, что нам это нужно, поэтому мы просто это сделаем».
Эти противоречия необходимо разрешить в ближайшее время, особенно в связи с тем, что НАСА планирует отправить серию миссий к Южному полюсу, начиная с роботизированных посадочных устройств в 2022 году и заканчивая отправкой на Луну людей, которые там появятся впервые с 1972 года.
В отчете влиятельной Национальной академии наук, инженерии и медицины США (NASEM) утверждается, что космические агентства должны уделять первоочередное внимание тому, что именно они хотят от лунных полюсов, чтобы эффективно их исследовать. Международный комитет по космическим исследованиям (COSPAR) также оценивает ситуацию и в ближайшие месяцы решит, следует ли выпустить новое руководство для космических аппаратов, отправляющихся на Луну. НАСА ждет решения COSPAR и, вероятно, обновит свои собственные правила посещения Луны.
По мере того, как ускоряется освоение Луны, «мы обязаны не навредить будущим научным исследованиям»,— говорит Лиза Пратт, офицер по планетарной защите НАСА. Вопрос в том, «как это сделать правильно?»
Ни один космический аппарат еще ни разу не бывал на полюсах Луны. Единственной миссией, которая попыталась туда добраться, был индийский посадочный модуль Vikram, потерпевший крушение примерно в 600 километрах от Южного полюса в 2019 году. Китай планирует запустить миссию Чанъэ-6, которая отправится на Южный полюс Луны, произведет забор грунта со льдом и доставит их на Землю в 2023 году. Этот аппарат является преемником Чанъэ-5, успешно собравшим образцы пород в средних широтах Луны в декабре прошлого года. Япония и Индия также обдумывают запуск роботов к Южному полюсу, равно как Россия и Европа.
А еще есть НАСА. При президенте Дональде Трампе агентство готовило серию миссий на Луну, ориентированных к полюсам. Согласно текущим планам, НАСА отправит два автоматических посадочных модуля к Южному полюсу в 2022 году, а в 2023 году — роботизированный вездеход под названием VIPER. Он должен будет пробурить лунный грунт на глубину до одного метра. Затем через год планируется отправить людей, которые начнут исследовать кратеры со льдом. Одна из задач — собрать лед и отправить его в лабораторию на Земле для изучения, говорится в отчете НАСА, опубликованном в прошлом месяце.
Возможность заражения лунного льда — проблема, о которой никто не задумывался пять десятилетий назад, когда астронавты Аполлона стали первыми людьми, ступившими на поверхность Луны. В то время ученые считали, что Луна абсолютно суха. Только в последнее десятилетие или около того стало известно, что вода есть во многих местах, в том числе в затененных полярных кратерах. Ученые даже обнаружили воду в составе минералов, как минимум, в одном освещенном солнцем месте на Луне.
Вся эта вода могла попасть на Луну благодаря астероидам, кометам или солнечному ветру, бомбардирующему ее поверхность. Часть ее могла остаться после вулканических извержений, которые вынесли ее на поверхность из глубоких недр. Каким бы ни был источник лунной воды, она содержит важную научную информацию.
Лед в кратерах на полюсах Луны, лишенных солнечного света, скапливался в течение миллиардов лет. Если это так, то в нем содержится запись не только ранней истории Луны, но и истории Земли. Луна, вероятно, образовалась, когда гигантский объект врезался в новорожденную Землю около 4,5 миллиардов лет назад, оторвав огромные куски, сросшиеся с Луной и тесно связавшие их истории. На Земле геологическая активность, в том числе тектоника плит, стерла большую часть записей ранней истории планеты. Но у Луны такой активности нет, поэтому она — прекрасный предмет для изучения.
«История лунной воды даст множество ключей к разгадке того, как развивалась Солнечная система», — говорит Ариэль Дойч, планетолог из исследовательского центра НАСА Эймса в Моффетт-Филд, Калифорния.
Понимая всю важность лунного льда, многие исследователи осторожно относятся к его исследованию. В частности, некоторые из них рассматривают возможность загрязнения льда выхлопными газами ракет.
Парвати Прем, планетолог из Лаборатории прикладной физики Университета Джона Хопкинса в Лореле, штат Мэриленд, и ее коллеги недавно смоделировали процесс посадки модуля среднего размера в районе 70° южной широты — в нескольких сотнях километров от ледяных кратеров Южного полюса. Моделирование показало, что даже если ракета будет спускаться на минимальной реактивной тяге, из двигателей будет распыляться вода, которая в конечном итоге распространится по всей Луне. Даже через 2 лунных дня — 2 земных месяца — на лунной поверхности останется около 30–40% завезенной воды. «Главный вывод заключается в том, что водяной пар действительно распространяется повсюду», — говорит Прем. Таким образом, полярный лед Луны уже был загрязнен прошлыми исследовательскими миссиями.
Международная группа COSPAR провела опрос сотен ученых-планетологов, насколько они обеспокоены тем, что исследование Луны может помешать науке на полюсах. Более 70% респондентов, ответивших на опрос в 2020 году, заявили, что обеспокоены тем, что загрязнение может поставить под угрозу научные данные, хранящиеся во льдах Луны, говорит Герхард Кминек, сотрудник по планетарной защите Европейского космического агентства в Нордвейке, Нидерланды.
В официальном документе, представленном НАСА, 19 ученых, в том числе Прем и Дойч, предлагают отправить миссию под названием «Сначала истоки» («Origins-first»), к затененному кратеру на одном из полюсов Луны. Цель состоит в том, чтобы собрать достаточное количество нетронутых образцов льда до того, как начнется освоение Луны. Данная миссия покажет, насколько ценны научные данные о льдах и следует ли отложить добычу полезных ископаемых, говорит Эстер Белтран, ученый из Университета Центральной Флориды в Орландо и соавтор статьи.
В настоящее время у НАСА нет средств, выделенных на миссию «Origins-first». Оно продолжает планировать отправку нескольких космических аппаратов в полярные регионы Луны. Но агентство прислушивается к мнению ученых, которые озабочены тем, чтобы сделать это правильно, и намерены действовать осторожно, — говорит Пратт, офицер агентства по планетарной защите. «Нам нужно сбалансировать стремление к использованию ресурсов с потребностью в научных открытиях и знаниях», — говорит она.
Между тем, если COSPAR примет новые принципы исследования Луны, то, вероятно, это сделают НАСА и космические агентства других стран. Текущее руководство COSPAR требует от стран составить список всех органических материалов, таких как углеродные композиты, краски и клеи, которые будут находиться на борту лунных аппаратов. По словам Кминек, наличие такого списка поможет уменьшить опасения по поводу будущего загрязнения. Ученые будут знать, какой именно антропогенный материал попадет в лунную среду. Возможно, будет предложено составить список газов, которые могут выделяться аппаратами или системами жизнеобеспечения. «Соответствующие игроки, в том числе китайское космическое агентство и коммерческие компании, такие как SpaceX и Blue Origin, сидели за столом с COSPAR, чтобы обсудить эти возможные изменения»,— говорит Кминек.
Однако, несмотря на продолжающиеся дискуссии, некоторых ученых не слишком беспокоят проблемы загрязнения. Нил и другие отмечают, что водяной пар из выхлопных газов ракет оседает лишь тонким слоем на поверхности Луны. Для того, чтобы добраться до искомого льда не потребуется большого труда. В отчете NASEM также отмечается, что риск загрязнения льда невелик. А Кевин Кэннон, ученый-планетолог из Колорадской горной школы в Голдене, считает, что небольшое загрязнение полностью оправдается знанием того, где и как распределяется лед. Он составил карту мест, где могут находиться самые большие и доступные залежи.
Предложены еще несколько идей по защите лунного льда. Одно предложение состоит в том, чтобы сохранить один из полюсов Луны для науки, а другой открыть для добычи полезных ископаемых. Также предлагается выделить запретные зоны для некоторых ледяных кратеров. Таких кратеров много, от крошечных ямок размером меньше человеческой руки до крупных, размером 10 километров в поперечнике, и не все из них нужно исследовать, говорят ученые.
«Единственное, что нам нужно сделать, — это убедиться, что мы дальновидны», — говорит Прем. «Кто знает, какой наукой люди захотят заниматься в будущем?»
