Но задачи, которые стояли перед «Луной-25», никуда не делись. Их придётся решать и её индийской «напарнице» «Chandrayaan-3», успешно прилунившейся 23 августа, и будущим аппаратам других стран.
Искали, да не там
В самом конце XX века аппараты NASA «Клементина» (в 1994 году) и «Lunar Prospector» (в 1998 году) получили свидетельства, указывающие на то, что на полюсах Луны могут находиться большие запасы воды. Предположение не сказать чтобы первое — гипотезу о лунных полярных ледниках высказывал ещё К. Э. Циолковский задолго до каких-либо полётов в космос, — но впервые получившее экспериментальное подтверждение. Если данные приборов «Клементины» можно интерпретировать по-разному, то нейтронный детектор, который был на борту «Lunar Prospector», зафиксировал явное ослабление потока нейтронов от лунной поверхности вблизи полюсов, из чего был сделан вывод, что там есть водород. Когда галактические космические лучи бомбардируют не защищённую никакой атмосферой поверхность Луны, они выбивают нейтроны из ядер атомов лунного вещества. Однако если эти нейтроны встречают потом на своём пути атомы водорода, то они — нейтроны — теряют энергию, и это можно зафиксировать с помощью специальных нейтронных детекторов. Летая по орбите вокруг Луны и регистрируя спектр нейтронного излучения от её поверхности, аппарат получил ту информацию, которая в итоге запустила новый виток «лунной гонки». Поскольку если в лунном грунте есть атомы водорода и их там много, то единственно возможное этому объяснение — вода.
Но до этого воду на Луне не находили. В образцах лунного грунта, которые были доставлены на Землю советскими и американскими лунными миссиями, воды не было (или её находили так мало, что разумнее списать это на загрязнение образцов атмосферной влагой уже на Земле). Есть, правда, ещё один механизм увлажнения Луны: за счёт солнечного ветра. Поток протонов (а это ядра атома водорода) от Солнца ударяется о лунное вещество, и если на пути у солнечного протона окажется атом кислорода, то вместе они образуют гидроксил — «половинку» молекулы воды. Однако мощностей этого «увлажнителя» не хватит не то чтобы наполнить, но даже покрыть тоненькой коркой льда самый скромный лунный кратер.
Есть ещё одна причина, почему вода в ХХ веке ускользнула от исследователей. Все аппараты и лунные миссии прилунялись в хорошо освещённых экваториальных областях. Для работы оборудования нужна энергия, а её основной источник — солнечные батареи, которым нужен солнечный свет. Аккумуляторы и тогда, и даже сейчас не могут обеспечить длительную работу лунохода или станции. Поэтому садились и искали там, где светло (и где была прямая радиосвязь с Землёй). Но там же, как оказалось, и наименьшая вероятность найти воду, поскольку разогретая солнечными лучами и ионизированная космическим излучением вода быстро покинет поверхность и либо будет навсегда унесена в космос солнечным ветром, либо…
Темнота, холод и совок — друзья селенолога
…Либо осядет в самом холодном, тёмном и недоступном месте на Луне. И это не её обратная сторона, а древние и глубокие кратеры в районе полюсов. На их дно никогда не заглядывают лучи Солнца, и там царит вечный холод. Это своего рода огромный морозильник, способный улавливать и замораживать все летучие вещества, которые смогут до него добраться, и хранить их под слоем пыли миллиарды лет. Кометы, которые очень давно добавили молодой Земле воды, а возможно и какой-нибудь важной для жизни органики, прилетали и к Луне, и часть их вещества, вполне возможно, осела где-то на дне старого полярного кратера. Вот только сесть туда, где царит вечная мерзлота и темень, да ещё и сделать там что-то полезное с научной точки зрения — задача крайне сложная. Там холодно, а оборудование нужно как-то согревать, там нет света, чтобы работали солнечные батареи, и там не будет постоянной радиосвязи. Рано или поздно человечество обязательно решит эти проблемы и прочитает замороженную историю Солнечной системы, а пока мы только подбираемся поближе к заветному лунному «морозильнику».
Чтобы получить образцы лунного льда, не потребуется нырять во тьму лунных кратеров — благодаря результатам работы орбитального аппарата NASA «LRO» (на борту которого был установлен российский нейтронный детектор ЛЕНД) и индийского лунного спутника «Chandrayaan-1» мы теперь знаем, что богатые водой полярные области есть и там, куда доходит солнечный свет. Другими словами, лёд, вероятно, есть не только на дне кратеров, но и под слоем реголита на равнинах вблизи полюсов — вопрос только, насколько глубоко он там находится. Аппаратам с орбиты это не видно: нейтронные и инфракрасные детекторы дают слишком усреднённую картину распределения вещества. Поэтому лучшего варианта, чем посадить станцию на поверхность и покопаться непосредственно в лунном грунте, пока что нет. У «Луны-25» для этих целей была предусмотрена «рука»-манипулятор с ковшом, грунтозаборником, камерами и даже инфракрасным спектрометром.
Предполагалось, что, совершив посадку в запланированном или в запасном районе, аппарат проверит оборудование и, переждав лунную ночь в спящем режиме, приступит к исследованию лунного грунта. Ковш-манипулятор прокопает небольшую траншею, глубиной до 5 сантиметров, и попробует зачерпнуть с её дна образец грунта, в котором может оказаться лёд. За процессом должны были следить не только видеокамеры, но и инфракрасный спектрометр, размещённый непосредственно на манипуляторе. Этот прибор мог бы сразу «увидеть», есть ли лёд в образцах, и заодно определить приблизительный химический состав грунта в «раскопе». C помощью грунтозаборника небольшое количество грунта планировали отправить в недра самой «Луны-25» для уточнения химического состава с помощью масс-спектрометра. Ещё один химический «глаз», которым была оснащена «Луна-25», — это прибор для активного нейтронного зондирования. Он способен генерировать поток высокоэнергетичных нейтронов, который проникает на глубину до 1 метра (куда ковш «Луны» не мог бы докопаться при всём желании) и заставляет вещество «светиться» гамма-лучами и испускать более медленные нейтроны. Детектируя это излучение, можно понять, какие атомы и примерно в каком количестве находятся в облучённом объёме. Например, если в поверхностном слое воды будет очень мало, а нейтроны «скажут», что вода есть, значит, будущей «Луне» придётся копать глубже.
Исследовать сложно доставить
Говоря о том, что на борту космического аппарата есть тот или иной аналитический прибор, можно подумать, что стόит только в него погрузить крупинку того же лунного вещества, и он тут же выдаст весь его химический состав, скажет, сколько там воды, присутствуют ли в нём органические молекулы, и мы узнаем, занесли ли кометы жизнь на Землю. Космическая техника всегда ассоциируется с самыми передовыми технологиями. Однако здесь всё не так просто. Возьмём, к примеру, «Луну-25» — при её общей массе больше полутора тонн вся научная аппаратура (а это четыре спектрометра, анализатор пыли, бортовые камеры, «рука-ковш» и вспомогательное оборудование) весит всего 31 килограмм. Один обычный «земной» лабораторный прибор подобного типа, вроде масс-спектрометра, легко выйдет за эти весовые рамки.
Но, может быть, лунный прибор, весом пару кило, сделан из сверхлёгких «космических» материалов? Тоже нет, он изготовлен из той же стали и алюминия, и их, возможно, даже больше, чем в обычном настольном приборе. Увы, никакой магии здесь нет, и космические анализаторы — это в большинстве случаев очень упрощённые аналоги «наземной» техники, и их аналитические возможности соответственно намного скромнее. Впрочем, это перекрывается тем фактом, что их можно доставить на Луну и они будут там работать. А вот возможность получить с помощью скромного по характеристикам прибора уникальные научные результаты — это, действительно, отдельное «космическое» искусство!
Возьмём, например, космический масс-спектрометр. Его задача — установить химиче-ский состав добытых образцов лунного грунта. Но химический состав не на уровне сложных молекул, а более простой — из атомов каких химических элементов и в каком соотношении. Принцип работы любого масс-спектрометра состоит в том, что исследуемое вещество немного разрушается, ионизируется, а затем специальный детектор определяет, на фрагменты какой массы оно разрушилось. Такое «фрагментирование» — процесс уникальный для каждой молекулы, позволяющий потом её идентифицировать, расшифровать структуру неизвестного соединения или определить состав смеси из многих веществ. Методов «разрезания» молекул на кусочки существует много, однако в лунном спектрометре использован самый «жёсткий» — испарение и последующая ионизация вещества мощным лазерным импульсом. Любая молекула, любое вещество в ходе этого процесса распадается на самые маленькие фрагменты — на отдельные атомы. Поэтому понять по спектрам, есть ли в лунном грунте что-то биологическое, пока вряд ли получится: любая органика распадётся на углерод, водород, кислород и азот. Но вот определить присутствие воды, наличие в грунте каких-нибудь редких металлов, уточнить по соотношению изотопов происхождение минерала в космических условиях вполне возможно.
Кстати, о чувствительности прибора. В зависимости от количества «съёмок» одного и того же образца, он может детектировать от нескольких десятков до нескольких атомов на миллион других. Тогда как лабораторный масс-спектрометр без труда определяет одну частицу на миллиард… Именно поэтому все исследовательские миссии на других космических телах, куда мы можем дотянуться своими ракетами и зондами, имеют конечную цель — доставку образцов внеземного вещества на Землю, где уже в лабораториях десятки и сотни людей в белых халатах смогут их исследовать с помощью самых современных аналитических приборов. Но и без предварительной «разведки» невозвращаемыми аппаратами здесь тоже никак не обойтись.
Луна неизученная
Ещё одна научная задача, стоявшая перед новой «Луной», — исследование поведения лунной пыли вблизи полюсов. Для этого на её борту был пылевой монитор, который умеет регистрировать частички лунной пыли и определять их массу и электрический заряд. Как ведёт себя лунная пыль — совсем не отвлечённый научный вопрос. Она может создать большие проблемы лунной технике: пыль на Луне есть везде, она легко электризуется за счёт солнечного ветра, прилипает ко всем поверхностям и её, по понятным причинам, нечем смыть или сдуть. Налипшая на солнечные панели пыль может лишить аппарат энергии или, как это случилось когда-то с советским «Луноходом-2», нарушить теплообмен и привести к перегреву аппаратуры. И если вблизи лунного экватора поведение пыли более или менее понятно, то, как она себя проявляет вблизи полюсов, где поток лучей и частиц солнечного ветра идёт практически параллельно поверхности, пока не очень ясно. Понять поведение ионов и нейтральных частиц в экзосфере (так называется атмосфера с предельно низкой концентрацией вещества) Луны исследователям мог бы помочь ещё один прибор — ионный энерго-масс-анализатор.
На исследование полярной области Луны нацелились несколько космических миссий. На 69° южной широты уже начала работу станция Индийской организации космических исследований «Chandrayaan-3». Планируется, что она проработает один лунный день (14 земных), исследует состав и свойства лунного грунта в месте посадки, а также испытает возможности мини-лунохода «Pragyan». А дальше лунные аппараты разных космических агентств будут садиться буквально один за другим. Если брать те станции, посадка которых планируется в полярных широтах, то только их будет как минимум четыре.
На середину ноября намечен запуск американской миссии «IM-1», планирующей доставить пять небольших аппаратов в район древнего ударного кратера Малаперт (84° южной широты). На начало 2024 года намечен запуск следующей миссии из этой серии, «IM-2», с посадкой в районе кратера Шеклтон, лежащего на самом южном полюсе Луны (90° южной широты). У аппарата Китайского национального космического управления «Chang’e 6», который планируется запустить ближе к маю 2024 года, уже стоит цель доставить на Землю примерно 2 килограмма лунного грунта из района южного полюса. А в ноябре 2024 года NASA собирается отправить на южный полюс луноход VIPER с метровым буром для лунного грунта. Очень скоро мы узнаем много нового и интересного о той, что заманчиво светит нам по ночам уже больше четырёх миллиардов лет!
