Земля занебесная
Зачем мы продолжаем изучать лунный грунт
Прошлой ночью Китай запустил к Луне автоматическую станцию «Чанъэ-5» с возвращаемым модулем на борту. Планируется, что станция соберет на Луне около двух килограммов грунта и уже в декабре отправит их обратно. Последний раз лунную породу на Землю доставила советская миссия «Луна-24» в 1976 году, а экипаж последнего в истории «Аполлона» увез с собой несколько мешков с образцами — больше ста килограммов. Рассказываем, чем нас интересовало лунное вещество в разные годы и что нам от него нужно на этом витке освоения космоса.
Долгое время ученые плохо представляли, на что похожа поверхность Луны. Если вы посмотрите на нее в бинокль или даже просто невооруженным глазом, то увидите, что она неоднородна. Часть диска будет неровной и светлой, а часть более гладкой и темной, чем-то напоминающей земные моря. Несколько столетий назад так думали и астрономы, и всерьез предполагали, что на Луне есть не только материки и океаны, но и, возможно, живые организмы.
Жители Луны на литографии XIX века, одна из иллюстраций к «Большому лунному надувательству» — серии сенсационных (и полностью выдуманных) очерков в газете «Sun», посвященных открытию цивилизации на Луне
В ответ на орбитальный полет Гагарина президент США Джон Кеннеди убедил Конгресс и пообещал американцам высадить к концу десятилетия человека на Луну. СССР развивал собственную программу, конечной целью которой также была экспедиция космонавтов на поверхность Луны в 1969-1970 году. На этом этапе более точные сведения о свойствах лунного грунта получили конкретную прагматическую ценность — чтобы успешно посадить аппарат на Луну, надо было знать, на что именно он будет садиться. Собирали их исследователи — как советские, так и американские — с помощью роботизированных аппаратов.
1964 год. Первый снимок Луны, сделанный американским аппаратом «Рейнджер-7»
1959 год. Снимок обратной стороны Луны, сделанный советским аппаратом «Луна-3»
В феврале 1966 года автоматическая межпланетная станция «Луна-9» совершила первую в мире успешную мягкую посадку на спутник Земли. Когда ученые планировали первые миссии на Луну, они всерьез опасались, что лунный грунт будет слишком легким и рыхлым, чтобы выдержать вес посадочного аппарата, и последний завязнет в нем. К великому облегчению ученых, поверхность оказалась достаточно твердой. А фотографии показали, что Луна покрыта среднего размера скалами, присыпанными порошкообразной пылью. Это позволило подтвердить «метеорно-шлаковую» теорию строения наружного покрова Луны, которая объясняла образование реголита дроблением, частичным расплавлением и спеканием лунных пород.
Фрагмент панорамного снимка, сделанного с борта «Луны-9»
Фрагмент панорамного снимка, сделанного с борта «Луны-9»
Фрагмент панорамного снимка, сделанного с борта «Луны-9»
1968 год. Поверхность Луны на снимке Surveyor 7
Первый контакт с лунным грунтом совершил фотограф Терри Слезак, разбирая «багаж» астронавтов. Армстронг уронил на поверхность Луны коробку с кинопленкой, к ней прилипло немного лунной пыли — и в ней-то и испачкал свою руку Слезак
На что похож лунный грунт
Британская поговорка гласит, что Луна сделана из сыра, но это, конечно же, не так. На самом деле она состоит из каменистых пород, обломков и пыли. Ее верхний слой покрыт реголитом — рыхлым обломочно-пылевым материалом, толщина которого достигает нескольких десятков метров. Частицы реголита в среднем имеют размер от 60 до 80 микрометров — это пылинки толщиной с человеческий волос. Их цвет меняется от темно-серого до черного, с включениями крупных частиц с зеркальным блеском.
Один из образцов лунного реголита, собранный экипажем «Аполлона-11»
- обломков изверженных пород,
- минералов,
- стекла,
- брекчий ударно-взрывного происхождения,
- уникальных для Луны агглютинатов, кластеров расплавленных частиц.
Частицы зерен на поверхности также можно разделить по происхождению на две группы: принадлежащие реголиту и принадлежащие коренной подстилающей породе.
Данные программы «Аполлон» показали, что лунные моря — это древние вулканические породы, базальты, кристаллизовавшиеся более 3,6 миллиардов лет назад. Более светлые «материки» преимущественно состоят из анортозитов и их разновидностей. Для реголита обоих типов характерно присутствие частиц металлического железа, а еще он очень сухой по сравнению с земным грунтом.
На зернах грунта отсутствует оксидная пленка, и из-за этого они сильно слипаются и электризуются. Кроме того, реголит хорошо поднимается вверх от ударных воздействий. К слову, это доставило немало неудобств астронавтам, поскольку зерна постоянно приставали к скафандрам. Счистить их было трудно, а шлюзовой камеры, где можно было бы оставить одежду, в спускаемых модулях «Аполлона» не было. В итоге пыль попадала внутрь корабля и экипажу приходилось работать в грязи. Как вспоминают участники лунных миссий, реголит пах порохом и гарью, от него слезились глаза и першило в горле.
Ткань скафандра с попавшими на нее частицами лунной пыли
Meteoriten-Deutschlands / wikimedia commons / CC BY-SA 4.0
Лунные истории
До того, как экипаж «Аполлона-11» привез на Землю первые сумки с лунным реголитом, некоторые ученые думали, что наш спутник всегда был холодным — то есть его недра никогда не разогревались до таких температур, чтобы породы внутри начали плавиться. Если бы эта гипотеза была верна, грунт должен был бы напоминать хондритовые метеориты — примитивные объекты, которые, как считается сегодня, образовались на ранних этапах существования Солнечной системы непосредственно из протопланетного облака. Сторонники теории «холодной Луны» также предсказывали, что лунные моря представляют собой однородные затвердевшие остатки расплавленной породы, которые образовались после падения метеоритов и астероидов.
Тем не менее, первые же исследования показали, что у Луны все же было «горячее» прошлое. В собранных астронавтами «Аполлона-11» образцах были светлые частицы, богатые полевым шпатом плагиоклаз. В среднем, они состояли из него на три четверти (а некоторые чуть ли не полностью), что стало большой неожиданностью для ученых, поскольку плагиоклазы образуются при кристаллизации магмы.
Микрофотография среза лунного базальта в поляризованном свете. Синие кристаллы — оливин, длинные серые — плагиоклазы, рыжие — пироксин, большинство темных зерен — ильменит.
G. Jeffrey Taylor
Армаколит — один из трех минералов, который сначала идентифицировали в пробах лунного грунта, и лишь затем нашли на Земле.
Thomas Witzke / wikimedia commons / CC BY-SA 3.0
Позднее геологи обнаружили, что земные вулканические породы и лунный грунт очень похожи по изотопному и химическому составу. А радиометрическое датирование образцов, привезенных астронавтами, показало, что их возраст достигает 4,4 миллиарда лет. На основе этого исследователи выдвинули достаточно красивую и наиболее популярную сегодня теорию. Согласно ей, Луна образовалась из земных пород, которые были выброшены на орбиту в результате столкновения с гипотетической планетой Тейей.
Иллюстрация из статьи 1982 года, описывающая столкновение Земли с Тейей на скорости 15 километров в секунду. Между «кадрами» около 6 минут
Kipp, M. E. & Melosh, H. J / Lunar and Planetary Science, 1982
Сегодня считается, что лунные вулканы прекратили активно извергаться 3,3 миллиарда лет назад. После этого внутренняя часть небесного тела остыла, и вулканическая активность стала ограничиваться очень небольшими участками. Сегодня поверхность спутника изменяется за счет внешних, а не внутренних воздействий. В основном, ее формируют падения метеоритов.
Новые вопросы
Китайская станция «Чанъэ-5» прилунится неподалеку от вулкана Пик Рюмкера. Горные породы в этом районе могут быть достаточно молодыми — по предварительным оценкам, их возраст доходит до 1,2 миллиарда лет (для сравнения, возраст привезенного «Аполлонами» грунта варьируется от 3,1 до 4,4 миллиарда лет). Это может рассказать нам о других эпохах истории Луны и Солнечной системы.
Пик Рюмкера, снимок сделан в 1971 году с борта «Аполлона-15»
Луна обладает важными ресурсами, которые можно будет добывать прямо на месте. Как мы уже говорили ранее, реголит на 40 процентов состоит из кислорода, который потенциально можно будет извлекать через термо-химические реакции и использовать для производства ракетного топлива и поддержания систем жизнеобеспечения в поселениях. Также из лунного грунта, вероятно, можно будет получать драгоценные металлы (если их найдут) и гелий-3, который сохраняется в поверхностном слое. Последний пригоден для использования в качестве источника термоядерной энергии — по некоторым расчетам, его запасов хватит населению нашей планеты на пять тысяч лет (а то и на все десять). Правда, для этого нам еще предстоит освоить технологии создания подходящих для этого реакторов.
Из реголита также можно изготавливать строительные материалы, которые способны сохранять тепло и быть источником энергии. С учетом того, что лунная ночь длится 16 земных суток, а температура на спутнике меняется от −173 до 127 градусов Цельсия, эта технология может быть критически важной. Кроме того, у Луны нет атмосферы, которая бы защищала ее поверхность от солнечного ветра и космического излучения. Поэтому сегодня предлагается покрывать жилые модули реголитом для дополнительной защиты, но насколько хорошо будет работать такое «покрывало» пока что не ясно.
Не менее важно понимать, какой ущерб лунный грунт способен нанести приборам и человеку. Абразивные зерна могут портить одежду, причинять вред здоровью космонавтов (легким, нервной системе) и затруднять работу солнечных панелей. Сегодня многие ученые склоняются к тому, что для того, чтобы лучше подготовиться к критическим ситуациям, нужны непосредственно образцы реголита. Поэтому доставка новых «порций» реголита на Землю критически важна для будущих миссий.
Источник
Что такое реголит и зачем Китай летит за лунным грунтом
Что, если я вам скажу, что в конкурентной борьбе каждый хочет быть первым? Конечно, в этом нет ничего нового. Такой принцип работает в любой сфере на Земле и в космосе. Это привело к космической гонке между СССР и США, это заставило людей стремиться высадиться на Луну и делать другие важные открытия. Теперь, казалось бы, стремиться быть первым уже негде, но есть сферы, в которых нельзя отставать. Так Китай стремится как можно скорее получить пробы лунного грунта и исследовать их. Несмотря на то, что у него уже есть наработки в этой сфере, да и грунт можно попросить у других стран, в том числе у США, Китай стремится добыть драгоценную породу именно своими силами. К чему такая самодостаточность? В этом есть смысл и расходы перекроют полученные выгоды? Да! И вот почему.
Вот вроде она просто серая, но все равно красивая.
Как добывают лунный грунт
Есть такой космический термин (и название абажура в Икее) — реголит. Так называют остаточный грунт, который является продуктом космического выветривания породы. То есть такое название применимо к любому грунту, который есть на других планетах, но в основном его используют именно для лунного.
Технически в заборе лунного грунта нет ничего сложного. Главное, добраться до поверхности нашего спутника. Когда модуль садится на нее, остальное является делом техники. Забор производится или с поверхности спутника, или из небольшой скважины, которая бурится на поверхности.
Объем забора составляет, как правило, несколько килограмм. Больше и собрать проблематично, и увезти сложно. Но и этого обычно бывает достаточно для проведения опытов и экспериментов.
Для чего нужно исследовать лунный грунт
Лунный грунт, как любой другой материл из космоса, дает ответы на многие вопросы, связанные не только с мирозданием, но и с такими земными вещами, как физика и химия. Понимая, с чем будешь иметь дело на поверхности космического объекта, намного проще прогнозировать, с какими трудностями придется столкнуться при попытках что-то на нем построить и стоит ли этим заниматься.
Чтобы такое построить надо сделать проект, а для этого надо знать особенности грунта.
А еще путем исследований и анализа можно установить, что происходило в космическом пространстве миллионы и сотни миллионов лет назад. Например, является ли Луна частью Земли, которая откололась при ударе метеорита, или есть ли на ней частицы, попавшие на Землю, занеся на нее жизнь. В общем, вариантов много, но есть еще одна причина исследований. Главная причина. Если можно так сказать, Царь-причина.
Можно ли добывать полезные ископаемые в космосе
Наша планета не бесконечна во всех смыслах. Через миллиарды лет ее поглотит заканчивающее свой век Солнце. Возможно, еще раньше ее расколет огромный метеорит. И уж точно намного раньше обоих этих событий мы высосем из недр нашей планеты все ценные ресурсы. Учитывая происхождение космических объектов и то, что там никто никогда ”не копал”, можно только догадываться, какие сокровища скрыты под их поверхностью.
Сейчас США задались целью наладить добычу ископаемых на нашем спутнике. Конечно, это вопрос не ближайшей пары лет, но в перспективе именно это государство может получить безграничный доступ к лунным ресурсам.
Энергию можно добывать из термоядерного синтеза и мы об этом уже рассказывали, но ресурсы это не только энергия.
В нашем мире все устроено так, что у кого ресурсы, тот и прав. Это могут быть финансовые ресурсы, природные и энергетические. Именно в рамках борьбы за ресурсы, все страны, имеющие техническую возможность, так стараются исследовать Луну.
Обмен лунным грунтом
Как я уже сказал в начале, вполне можно получить пробы лунного грунта, никуда не летая. На Земле их достаточно. Те же США не откажутся поделиться этими пробами с Китаем. Будет обсуждение, стороны выбьют для себя выгодные условия и заветный контейнер пересечет Тихий океан. Вот только что будет в том контейнере?
Это там бескрайние просторы. Сюда мы можем привезти только пару килограмм.
Так как на кону стоит не просто сиюминутная выгода, а стратегическое преимущество, американская сторона может постараться дезориентировать Китай. Для этого достаточно просто передать грунт, собранный в ”нужном” месте поверхности Луны. Также можно заранее очистить или подготовить его перед передачей, чтобы он показал исследователям то, что выгодно персональным хозяевам породы.
Китайцы не дураки и понимают, что должны сами добыть то, что им нужно. Кроме этого, они смогут лишний раз отработать свою лунную программу и добиться того, чтобы их корабли проекта ”Чанъэ” смогли нормально прилуниться, выполнить задание и вернуться на Землю. На этот год запланирован запуск шестого корабля этой программы, который и должен будет наконец-то привезти на территорию Китая то, что нужно ее исследователям.
Приехали. Ученые снова не знают, как появилась Луна
Если пробы покажут, что смысл в добыче чего-либо на Луне есть, то будет готовиться другая программа — программа добычи. Пока еще не поздно сделать ставки и озвучить свой прогноз того, как это будет. В нашем Telegram-чате все прогнозы будут надежно зафиксированы.
При этом, конечно, никто не потащит с Луны нефть тоннами, да и нет ее там, зато редкие металлы, вроде платины, если получится их найти, вполне можно привезти. Их можно получить и на Земле, вопрос в том, сколько их на нашем спутнике. Если те металлы, которые добываются по одному грамму на нашей планете, на ее спутнике черпаются просто ковшами, в такой разработке определено есть смысл. И Китай не хочет упускать свои шансы еще дальше продвигаться на пути становления сверхдержавы.
Источник