Кратер Зееман, названный в честь голландского физика, лауреата Нобелевской премии Питера Зеемана, расположен на обратной стороне Луны вблизи южного полюса. Соотношение его диаметра (190 м) к глубине (около 8 км) необычно, и потому кратер считается единственным в своём роде. На снимке, сделанном камерами СТС-Л, заметно, что его дно и стенки различаются. Поверхность дна шероховатая, а стенки более гладкие — они выглядят на изображении так, как будто камера находится не в фокусе.
Сотрудники ИКИ РАН сопоставили фотографии кратера, сделанные СТС-Л, с топографическими данными лазерного альтиметра LOLA (Lunar Orbiter Laser Altimeter), размещённого на борту космического аппарата LRO (NASA). Лазерный альтиметр тоже «заметил» разницу между участками поверхности кратера, хотя на его изображении эта разница не столь ярко выражена, как на фотографии СТС-Л.
Чтобы выяснить причину этих различий, исследователи наложили на изображение кратера карту массовой доли воды в грунте, построенную по данным российского нейтронного телескопа ЛЕНД. Нейтронный телескоп, работающий на борту аппарата LRO, измеряет нейтронный поток от поверхности Луны, который меняется в зависимости от концентрации водорода в толще лунного грунта (глубина зондирования — до 1 м). Поскольку основное вещество в лунном грунте, содержащее водород, — вода, то данные ЛЕНД можно перевести в процентное содержание водяного льда в грунте.
На карте, построенной по результатам исследования грунта нейтронным телескопом, чётко видна разница в содержании воды в разных участках поверхности кратера Зееман. Меньше всего её на дне — менее 0,1% по массе. А наиболее «влажные» участки находятся в окрестностях малых, более «свежих» ударных кратеров, образовавшихся на стенках основного. Здесь доля воды по массе оценивается до 0,2%. Причём граница «шероховатости» между стенками дна и боковыми стенками кратера на снимке СТС-Л отвечает границе между более высоким содержанием воды и менее высоким, по данным ЛЕНД. То есть различие в свойствах поверхности кратера связано с разницей в содержании вмёрзшей в грунт воды: доля водяного льда в его стенках больше по сравнению с содержанием в грунте дна.
С чем связано такое распределение замёрзшей воды в грунте кратера? На этот вопрос исследователи пока ответить не могут, ведь для этого надо знать происхождение воды на Луне, которое ещё неизвестно.
Есть три гипотезы, и о них по просьбе редакции рассказал заведующий отделом ядерной планетологии ИКИ РАН, доктор физико-математических наук Игорь Георгиевич Митрофанов. Согласно одной из гипотез, воду на Луну принесли кометы. Вся поверхность Луны испещрена кратерами в результате ударов комет и астероидов, которые постоянно бьют по планете. В момент таких соударений возникает временная атмосфера испарившегося вещества, и если оно содержит воду, то молекулы воды рано или поздно осаждаются на холодных полюсах. По другой гипотезе, в образовании воды на спутнике Земли «виноват» солнечный ветер — поток плазмы, состоящий из протонов и электронов, постоянно истекающий от Солнца. Протоны (Н+), ударяясь о поверхность Луны, вступают в химическую реакцию, образуя ионы гидроксила. К ним присоединяется ещё один водород с образованием молекул воды, которые затем блуждают в экзосфере планеты, конденсируясь на холодных полюсах. И, наконец, есть мнение, что вода была изначально в лунном веществе и при гигантских столкновениях с небесными телами испарялась в экзосферу. Поскольку кратер Зееман возник в результате мощного столкновения, это могло вызвать какую-то перестройку верхних слоёв грунта, вследствие чего из глубины вышли пары воды, которые потом конденсировались на поверхность.
В пользу «ударного» (а не вулканического) происхождения кратера говорит то, что его дно испещрено мелкими «выбоинами», а на стенках хорошо заметны несколько маленьких кратеров, которые образовались позднее. После того, как произошла крупная катастрофа с образованием большого кратера, небольшие космические тела продолжали прилетать, и мелкие кратеры — история бомбардировки лунной поверхности в данном месте.
Игорь Георгиевич уверен, что полярная Луна преподнесёт нам ещё много сюрпризов: «Надо понимать, что кометы обладают очень богатой ”химией”. Если подтвердится, что основную долю полярной воды на Луну принесли кометы, в ледяном теле которых есть очень сложные молекулы космического происхождения, это может произвести переворот в современном естествознании. Если кометы доставляли лёд на раннюю Луну, другие такие же кометы могли его приносить и на Землю, и все эти сложные молекулярные соединения, содержащиеся во льду, попадая в первичный океан Земли, вступали в химические реакции и тем самым могли стать триггерами возникновения первичной земной жизни. Выяснение состава сложных химических соединений, которые хранятся в вечной мерзлоте, накопившейся за миллиарды лет на лунных полюсах, — самый интересный вопрос полярной Луны».
Результаты работы представлены на 14-м Московском симпозиуме по исследованиям Солнечной системы (ИКИ РАН, 9—13 октября 2023 года) в докладе: M. V. Djachkova, A. B. Sanin, Y. D. Elyashev, I. G. Mitrofanov, M. L. Litvak, I. V. Polyansky, A. E. Zubarev. Studies of the floor of Zeeman lunar polar crater with LRO and Luna-25 data.
Иллюстрации ИКИ РАН.
Комментарии к статье
* См.: М. Абаев. За водой на лунный южный полюс («Луна-25» и другие). — «Наука и жизнь», № 9, 2023 г.
