От происхождения океанов до живого ядра: 3 загадки, ради которых NASA снова летит топтать лунную пыль

Думали, Луна изучена вдоль и поперёк? Как бы ни так. На деле знаний о её устройстве у человечества до сих пор не хватает даже для базовых ответов. Новая пилотируемая миссия Artemis II вернула внимание к спутнику впервые за полвека, но сам полёт рассматривают как начало более крупной программы. NASA и партнёры планируют регулярные высадки астронавтов и отправку роботизированных аппаратов, чтобы наконец собрать данные прямо на поверхности, а не только с орбиты.

Пробелы в знаниях объясняются просто. Прямых измерений мало. Астронавты «Аполлона» привезли образцы и оставили несколько приборов, но они работали недолго. Основной поток информации сейчас дают орбитальные аппараты, наблюдения с Земли и недавние миссии Китая по доставке грунта. Для сложных задач такого набора уже не хватает. Учёные хотят использовать Луну как архив ранней истории Земли и всей Солнечной системы. На Земле тектоника, вулканизм, океаны и атмосфера давно стерли следы первых эпох. На Луне таких процессов почти не было, поэтому древние структуры сохранились.

Один из главных вопросов такой: жива ли Луна с геологической точки зрения? Внутреннее тепло заставляет планеты и спутники меняться, вызывает извержения, землетрясения и движение пород. Когда тепло уходит, активность затухает. Для Луны логика подсказывает именно такой сценарий. Небольшой размер означает быструю потерю тепла. Избытка радиоактивных элементов, которые могли бы подогревать недра, не обнаружили. Гравитационное влияние Земли тоже не даёт сильного приливного разогрева.

При этом факты, увы, не складываются в простую понятную картину. На Луне фиксируют неглубокие лунотрясения. По оценкам возраста кратеров и лавовых потоков часть вулканической активности могла сохраняться всего около 100 миллионов лет назад, что по геологическим меркам почти вчера. Возникает прямой вопрос: за счёт чего Луна до сих пор проявляет активность.

Ответ упирается в устройство недр. Учёные до сих пор не знают, какое у Луны ядро – твёрдое или жидкое. Чтобы разобраться, нужны сейсмические измерения. Принцип такой же, как у медицинской томографии: по распространению волн от толчков можно восстановить внутреннюю структуру. Проблема в том, что действующих приборов на нашем спутнике нет. Сейсмометры времён «Аполлона» отключились ещё в 1977 году и стояли только на видимой стороне.

Ситуация должна измениться в ближайшие годы. В планах миссий – установка новых сейсмических станций. На южном полюсе астронавты должны разместить комплекс LEMS, а на обратной стороне роботизированные аппараты развернут отдельную сеть датчиков. Китай также готовит пилотируемую высадку и, по имеющимся планам, тоже привезёт сейсмометры. В итоге может появиться первая глобальная сеть, которая позволит просканировать спутник целиком, а не по одному региону.

Не менее важны новые образцы грунта. Китайские миссии Chang'e 5 и 6 показали, что вулканизм на Луне продолжался как минимум до двух миллиардов лет назад. Более «молодых» пород у учёных пока нет. Их поиск поможет понять, как долго сохранялась внутренняя активность. Отдельный интерес представляют образцы мантии – более глубоких слоёв, которые меньше изменены внешними процессами. Если в них найдут продукты распада радиоактивных элементов, придётся пересматривать представления о тепловом балансе Луны.

Второй крупный блок вопросов касается происхождения спутника. Основная версия связывает Луну со столкновением молодой Земли и протопланеты размером с Марс. Обломки после удара быстро объединились в отдельное тело. Модели хорошо описывают такой сценарий, а химический состав образцов его поддерживает. Но остаются детали, которые не удаётся объяснить полностью.

Самая заметная странность – различие между видимой и обратной сторонами. Ближняя сторона покрыта тёмными лавовыми равнинами, так называемыми морями. Обратная сторона выглядит иначе: больше кратеров, меньше следов древних излияний лавы, более грубый рельеф. Одно из объяснений связывает асимметрию с ранней Землёй. После формирования Луна вращалась гораздо ближе к планете и быстро оказалась приливно захваченной. Одна сторона постоянно смотрела на Землю, которая тогда представляла собой раскалённый шар магмы. Излучение и тепло могли сильнее прогревать эту сторону, расплавлять породы и менять структуру коры. Пары испарённого вещества переносились на противоположную сторону и там оседали, формируя более толстую кору.

Проверить гипотезы снова помогают сейсмика и точные измерения внутренней структуры. Распределение плотности, толщина коры и свойства мантии могут показать, как именно формировался спутник после удара и почему его поверхность получилась асимметричной.

Третий крупный вопрос связан... конечно же с водой. Интерес к южному полюсу Луны объясняется не только удобством для будущих баз. В постоянно затенённых кратерах там могут находиться запасы водяного льда. Такой ресурс нужен для жизни экипажей, выращивания пищи и производства топлива. Поэтому поиски воды уже стали отдельным направлением.

Проверять наличие льда будут в основном роботы. Ровер VIPER должен исследовать грунт и бурить его, чтобы подтвердить наличие воды под поверхностью. Лунный транспорт нового поколения сможет работать как с экипажем, так и автономно, обследуя большие участки. Дополнительные приборы будут измерять электрические свойства грунта, по которым можно определить наличие льда.

Задача не сводится к практической выгоде. Происхождение воды на Земле до сих пор обсуждают. В качестве источников рассматривают кометы и астероиды. Анализ метеоритов и океанов склоняет чашу весов в сторону астероидов, но окончательного ответа нет. Луна может помочь закрыть этот вопрос. Поверхность спутника почти не менялась миллиарды лет, поэтому лёд там может сохранять более древние признаки. Если удастся понять его состав и происхождение, станет проще разобраться, как вода появилась и на Земле.

Планы ближайших лет - перейти от наблюдений к полноценным измерениям на месте. Сейсмометры, новые образцы и поиски воды должны закрыть сразу несколько фундаментальных вопросов: как устроена Луна изнутри, как она сформировалась и откуда взялась вода в системе Земля–Луна. Дальше всё упирается в одно – доставить приборы и людей на поверхность и собрать данные, которых пока просто нет.