Солнечная система (Астрономия и астрофизика) - Сурдин Владимир Георгиевич - Страница 21

«Клементина» искала лед методом радиозондирования: с помощью своего передатчика аппарат облучал лунную поверхность, а отраженный сигнал принимали на Земле и по его спектру судили о веществе, от которого он отразился. Буквально первое же зондирование района южного полюса показало, что интенсивность и поляризация радиоэха от небольшой области между полюсом и кратером Амундсен резко отличались от значений, характерных для обычного лунного грунта, но оказались близки к данным для Гренландии и ледяных галилеевых спутников Юпитера.

Разумеется, данные «Клементины» — это лишь косвенное свидетельство присутствия льда на Луне; их еще необходимо подтвердить прямыми исследованиями. Но даже если лед там есть, то получить из него воду будет не так-то просто, ведь он должен содержать огромное количество примесей. Но какой бы грязной ни была эта вода, для лунных колонистов окажется значительно проще и дешевле добывать ее из полярных шапок, чем привозить с Земли. Кроме того, разделяя воду с помощью солнечной электроэнергии на водород и кислород, можно будет использовать их в качестве горючего.

Известие о возможности существования залежей водяного льда у лунных полюсов усилило интерес к спутнице Земли. В январе 1998 г. к ней отправился американский зонд «Лунар Проспектор» («Lunar Prospector», Лунный изыскатель), чтобы получить подробные карты химического состава поверхности и уточнить параметры магнитного поля Луны. Став «спутником спутника», он оказался на низкой орбите высотой около 100 км. Среди его приборов были гамма-спектрометр и нейтронный спектрометр, с помощью которых проверяли данные «Клементины» о присутствии льда на Луне. Измеряя поток нейтронов, испускаемых лунным грунтом под действием космических лучей, можно оценить содержание водорода в реголите. Нейтронный спектрометр «Лунар Проспектора» уверенно зарегистрировал уменьшение средней энергии медленных нейтронов на дне вечно затененных кратеров в полярных областях Луны. Это весьма надежно указывает на присутствие в «холодных ловушках» нескольких сотен миллионов тонн водорода, возможно, в виде водяного льда. К сожалению, на полюсах Луны нет сплошных снежных шапок, как в Антарктиде или на Марсе. В смеси лунного реголита с водяным льдом максимально возможная доля льда составляет всего 1—2% по массе.

После получения предварительных данных о запасах лунного льда «Лунар Проспектор» перевели на еще более низкую орбиту высотой всего 30 км. Любопытно, что были предложения перевести аппарат на орбиту высотой 10 км.(!), но их отклонили, учитывая, что некоторые лунные горы возвышаются на несколько километров. Напомним, что спутники Земли не могут обращаться на столь низких орбитах из-за наличия атмосферы у нашей планеты.

Анализ данных, полученных с низкой орбиты, подтвердил наличие на Луне соединений водорода. После этого решено было закончить жизнь «Лунар Проспектора» нестандартным образом: 31 июля 1999 г. по команде с Земли он сошел с орбиты и упал в районе южного полюса Луны. Ученые надеялись, что этот удар выбросит в окололунное пространство водяной пар, который можно будет зарегистрировать с Земли в телескоп. Но даже космический телескоп «Хаббл» не смог обнаружить признаки пара после падения зонда на Луну. А ведь этот телескоп очень зоркий: если бы в результате удара о Луну было выброшено всего 30 кг. водяных паров, он бы это заметил…

«Смарт-1» и другие

Неудача эксперимента по добыванию лунной воды не повлияла на решимость ученых продолжать ее поиски. В 2003 г. с помощью собственного спутника начало исследования Луны Европейское космическое агентство (ЕКА). Первый европейский лунный зонд назвали «Смарт-1» (SMART — Small Missions for Advanced Research in Technology, Малые экспедиции для передовых технологических исследований). Это был куб размером около 1 м. и массой 367 кг. с двумя «крыльями» солнечных батарей, раскинувшимися на 14 м. Они выдавали около 2 кВт. электроэнергии, необходимой для работы ионного двигателя малой тяги, проходившего испытания на этом аппарате. «Смарт-1» был выведен в космос 27 сентября 2003 г. в 23:14 UT ракетой «Ариан-5» с космодрома Куру во Французской Гвиане, и его путешествие к Луне было долгим. За первые 80 дней полета перигейная высота орбиты увеличилась лишь до 20 тыс. км. Затем она постепенно возросла до 200 тыс. км., после чего аппарат совершил три гравитационных маневра в поле Земли и Луны: в декабре 2004 г., в январе и феврале 2005 г. В марте 2005 г. аппарат был захвачен Луной на вытянутую полярную орбиту и к апрелю 2005 г. перешел на круговую орбиту. Более года он фотографировал поверхность Луны с высоким разрешением, в особенности полярные области; проводил наблюдения спектра поверхности в инфракрасном диапазоне, направленные на поиски льда и замерзшего углекислого газа. По этим данным была составлена первая глобальная карта химического состава лунной поверхности. «Смарт-1» также провел некоторые исследования Солнца. Затем аппарат был сведен с орбиты и 3 сентября 2006 г. упал на Луну в области Lacus Excellentiae (33° ю.ш., 46° з.д.). Вспышку от удара и мощный выброс пылевого облака с поверхности Луны зафиксировали крупные наземные телескопы.

Для окончательного решения вопроса о лунной воде в США разрабатывают аппарат, способный доставить на Землю вещество с лунного Полюса холода — из глубокого кратера вблизи Южного полюса. А пока продолжаются дистанционные исследования. В Японии создан космический зонд «Кагуя» («KAGUYA», прежнее имя — SELENE, SELenological and ENgineering Explorer) массой около 3 тонн и размером 5×2×2 м. Он стартовал к Луне 14 сентября 2007 г. и спустя несколько дней достиг окрестностей Луны. Зонд будет работать на круговой полярной орбите высотой 100 км. На этом аппарате установлены радар, лазерный альтиметр, рентгеновский- и гамма-спектрометры, магнетометр, приборы для исследования межпланетной плазмы и несколько телекамер, дающих изображение лунной поверхности с разрешением до 10 м.

Выйдя на окололунную орбиту, «Кагуя» выпустил в свободный полет два мини-спутника; масса каждого около 50 кг. Один из них будет служить ретранслятором для связи с основным зондом, когда тот скрыт от нас за диском Луны. А за вторым мини-спутником, снабженным специальным радиопередатчиком, будут наблюдать наземные радиоинтерферометры. Цель этих наблюдений — изучить неоднородности гравитационного поля Луны. Для этого нужно выяснить, насколько сильно спутник отклоняется от идеальной орбиты. До сих пор за движением спутников Луны следили только доплеровским методом, измеряя вариации частоты приходящего радиосигнала. Этот метод позволяет выявлять неоднородности поля (например, области повышенного тяготения — масконы) в центральной области видимого диска, где, поднимаясь или проваливаясь, спутник движется вдоль луча зрения и демонстрирует заметный доплер-эффект. Но вблизи лимба Луны доплеровский метод не работает. Поэтому создатели «Кагуя» решили с помощью радиоинтерферометров следить за угловыми перемещениями спутника. Это позволит изучить гравитационное поле Луны в ее краевых зонах. В дальнейшем Япония намерена изучать Луну с помощью еще более мощных космических аппаратов (на 2012-13 гг. намечен запуск SELENE-2).

Китайский спутник «Chang’e-1» успешно стартовал к Луне 24 октября 2007 г. Его масса 2,4 тонны, рабочая орбита высотой 200 км. должна быть наклонена к экватору Луны на угол 64°. Задача спутника — съемка поверхности Луны для выбора места посадки будущей пилотируемой экспедиции. В апреле 2008 г. намечен запуск к Луне орбитального аппарата «Chandrayaan-1» (Индия) массой 0,5 тонны. Его телекамеры должны показать лунную поверхность с разрешением 5 метров. А в октябре 2008 г. в США намечен запуск тяжелого спутника «Lunar Reconnaissance Orbiter» для детального исследования поверхности Луны с оптическим разрешением 0,5 м. В паре с ним полетит небольшой зонд, который проследит за падением последней ступени ракеты-носителя на дно одного из полярных кратеров: быть может там обнаружатся залежи льда?