Много веков назад люди считали, что Луна - это прекрасная богиня или брат Солнца. Позже стало ясно, что видимый в ночном небе желтый диск представляет собой каменистое тело, во многом похожее на Землю. Используя все более мощные телескопы, астрономы уточнили местоположения многочисленных хребтов и кратеров и составили карты лунной поверхности.
Сходство Луны и Земли давало основания предполагать, что в недрах земного спутника могут быть скрыты полезные ископаемые. Эту уверенность подкрепляли ученые, которые пришли к выводу, что Луна, скорее всего, является кусочком Земли, отколовшимся при столкновении с гигантским космическим телом. В фантастических романах лунные поселенцы вовсю добывали нефть, газ, алмазы и золото. В реальности же астрономы не могли определить, есть ли на Луне залежи хотя бы чего-нибудь.
Чего-то не хватает
Несмотря на такую неопределенность, идея создания лунной базы постепенно переместилась со страниц фантастических произведений в бюджетные документы космических агентств разных стран. Для разработки оптимального проекта лунного поселения ученым очень бы пригодилась более детальная информация о геологии Луны. В числе прочего специалистов интересовало наличие на спутнике воды. Доставка грузов на Луну является крайне дорогостоящим занятием, а вода нужна жителям базы в любом случае.
Явных признаков присутствия на Луне H2O астрономам найти не удалось. Образцы лунного грунта, доставленные на Землю американскими и российскими аппаратами, не содержали никаких следов воды. Многие специалисты предполагали, что вода в виде льда может находиться в жерлах затененных кратеров, куда не попадает солнечное излучение.
Косвенные подтверждения этой гипотезы были получены американским орбитальным зондом Lunar Reconnaissance Orbiter. Аппарат обнаружил в кратерах южного полюса Луны следы водорода - элемента, входящего в состав молекулы воды. Однако с уверенностью утверждать, что в жерлах кратеров находится именно вода, специалисты не могли - не хватало данных.
Сбыча мечт
Неожиданно в самом конце сентября в журнале Science вышло сразу три статьи, авторы которых сделали один и тот же вывод - вода на Луне есть. Причем она не спрятана в темных кратерах, а рассеяна по всей поверхности спутника. Доказательства этого утверждения получил не один аппарат, а сразу три.
Официальные причины сбоя в работе "Чандраяна-1" пока не названы, однако несколько индийских газет сообщили, что зонд вышел из строя из-за ошибки инженеров, рассчитывавших температуру на орбите. В итоге "Чандраян-1" перегрелся.
Одним из "счастливчиков" оказался первый индийский лунный зонд "Чандраян-1" (Chandrayaan-1). Он был запущен на орбиту 22 октября 2008 года. На борту "Чандраяна-1" находились 11 приборов, разработанных специалистами из разных стран. Зонд должен был проработать на лунной орбите несколько лет и собрать данные о топографии, геологии и минералогии земного спутника. Однако 29 августа 2009 года Индийское космическое агентство (ISRO) сообщило о потере связи с зондом.
Несмотря на преждевременное завершение миссии зонда, представители ISRO заявили, что он практически полностью выполнил свои задачи. Впрочем, даже в том случае, если бы "Чандраян-1" не нашел на Луне ничего, кроме воды, его научную миссию можно было бы считать успешной.
Помимо индийцев на право обнаружения воды на Луне могут претендовать американцы. Данные, подтверждающие наличие на земном спутнике H2O, были получены спектрометром М3, созданным специалистами из США. Название прибора расшифровывается как Moon Mineralogy Mapper (устройство для составления минералогических карт Луны). M3 детектирует отраженное от Луны инфракрасное излучение и фиксирует "провалы" в полученных спектрах. Они образуются, когда присутствующие на поверхности Луны вещества поглощают излучение определенных длин волн.
Анализируя присланную М3 спектральную картину, ученые обнаружили "провалы", соответствующие молекулам воды и/или их "остаткам" - гидроксильным группам OH-. Прибор мог анализировать химический состав лунных веществ непосредственно на поверхности земного спутника или на глубине несколько миллиметров. Характерный спектр был зафиксирован практически по всей территории Луны, однако ближе к полюсам сигнал усиливался. Согласно подсчетам авторов, в общей сложности концентрация воды на земном спутнике может достигать тысячи частей на миллион частей. Другими словами, из одной тонны верхнего слоя пыли можно (теоретически) получить около 900 граммов воды.
Результаты, полученные индийским зондом, подтвердил аппарат "Дип Импакт" (Deep Impact), основной целью которого было изучение кометы Темпеля 1. В настоящее время аппарат находится на орбите вокруг Солнца. Собранные Deep Impact данные показали, что интенсивность "водного" сигнала зависит от времени лунных суток: максимум наблюдается утром, а минимум - ближе к полудню. Ученые заключили, что вода не присутствует на поверхности постоянно, а образуется и исчезает каждый день.
Возможный механизм этого процесса может быть следующим. Водород в виде протонов, входящий в состав так называемого солнечного ветра, попадает на поверхность Луны, где взаимодействует с кислородом. Этот элемент входит в состав многих лунных минералов. Днем под воздействием тепла от Солнца молекулы воды испаряются. Очевидное противоречие (вода появляется днем и днем же испаряется) кажущееся: процесс образования молекул H2O не происходит моментально.
Третьим аппаратом, подтвердившим существование на Луне воды, стал легендарный зонд "Кассини". Его приборы зафиксировали характерную спектральную картину еще в 1999 году, когда "Кассини" пролетал мимо Луны на пути к Сатурну. По словам ученых, курировавших миссию, тогда они не стали публиковать результаты, так как сочли их "слишком фантастическими" и решили подождать подтверждения.
Что-то смутно, что-то ясно
Несмотря на то, что большинство СМИ пишут об открытии на Луне воды, имеющихся данных недостаточно, чтоб однозначно определить, действительно ли на Луне присутствуют молекулы H2O. По полученным спектрам невозможно отличить воду от гидроксильной группы. Вероятнее всего, на поверхности спутника есть оба варианта, но каково их соотношение, пока неясно. Кроме того, неясно какие именно минералы содержат гидроксил.
Автор еще одной работы, пока нигде не опубликованной, утверждает, что на Луне есть один источник, который гарантированно содержит воду в виде H2O. Францис Маккабин (Francis McCubbin) из Института Карнеги в Вашингтоне утверждает, что вода входит в состав минералов вулканических пород, богатых фосфатными группами. Такая "внутренняя" вода недоступна для солнечного излучения и существовала на Луне еще миллиарды лет назад. При этом ее концентрация может достигать нескольких тысяч частей на миллион частей.
Для будущих лунных поселенцев не очень важно, в каком виде вода находится на Луне. Получение H2O из OH- путем добавления водорода является относительно простой задачей. Однако предварительные оценки показывают, что "урожай" лунной воды будет не очень высок. Имеющегося количества явно не хватит для того, чтобы использовать воду так, как планируют ученые. Теоретически, астронавты могли бы пить добытую воду, а также разлагать ее на кислород и водород. Кислород можно использовать для дыхания, а водород "в паре" с кислородом сгодится в качестве топлива.
Впрочем, не исключено, что Луна хранит больше воды, чем кажется сейчас. Содержимое постоянно затененных кратеров все еще неизвестно. Выяснить, что там, ученые смогут уже очень скоро - в октябре 2009 года запущенный NASA лунный зонд LCROSS разобьется о поверхность Луны. Специалисты направят его как раз в один из глубоких кратеров. При падении наружу поднимутся вещества, находящиеся в жерле кратера. "Напарник" LCROSS - зонд LRO - будет анализировать их состав. Не исключено, что полученные LRO результаты вернут ученым надежду хотя бы какое-то время обойтись без доставок воды на Луну.