Сера на Луне открывает двери для лунной науки и исследований

Всего за 14 земных суток аппарат Chandrayaan-3 предоставил ученым новые ценные данные и вдохновил их на дальнейшие исследования Луны. И Индийская организация космических исследований поделилась этими первыми результатами со всем миром.

Данные, полученные марсоходом «Чандраян-3», получившим название «Прагьян», что в переводе с санскрита означает «мудрость», показали, что лунный грунт содержит ожидаемые элементы, такие как железо, титан, алюминий и кальций, но при этом обнаружился и неожиданный сюрприз — сера.

Планетологам, как и мне, было известно, что сера присутствует в лунных породах и почвах, но только в очень низкой концентрации. Новые измерения показывают, что концентрация серы может быть выше, чем предполагалось.

Pragyan оснащен двумя приборами для анализа элементного состава грунта — рентгеновским спектрометром с альфа-частицами и спектрометром лазерного пробоя (LIBS). Оба этих прибора измеряли содержание серы в грунте в районе посадки.

Содержание серы в почвах вблизи полюсов Луны может помочь космонавтам в будущем жить на суше, что делает эти измерения примером науки, способствующей освоению Земли.

Геология Луны

На поверхности Луны имеются два основных типа пород — темные вулканические породы и более светлые горные породы. Разница в яркости этих двух материалов формирует знакомое невооруженному глазу лицо «человека на Луне» или изображение «кролика, собирающего рис».

Ученые, измеряющие состав лунных пород и грунтов в лабораториях на Земле, обнаружили, что материалы с темных вулканических равнин содержат больше серы, чем более светлые материалы высокогорья.

Сера в основном образуется в результате вулканической деятельности. Горные породы, залегающие в глубине Луны, содержат серу, и при плавлении этих пород сера входит в состав магмы. Когда расплавленная порода приближается к поверхности, большая часть серы в магме превращается в газ, который выделяется вместе с водяным паром и углекислым газом.

Часть серы все же остается в магме и сохраняется в породе после ее остывания. Этот процесс объясняет, почему сера ассоциируется в основном с темными вулканическими породами Луны.

Измерения содержания серы в почвах, проводимые аппаратом «Чандраян-3», являются первыми на Луне. Точное количество серы не может быть определено до завершения калибровки данных.

Некалиброванные данные, полученные прибором LIBS на «Прагьяне», позволяют предположить, что в высокогорных почвах Луны вблизи полюсов концентрация серы может быть выше, чем в высокогорных почвах в районе экватора, и, возможно, даже выше, чем в темных вулканических почвах.

Эти первые результаты дают таким планетологам, как я, изучающим Луну, новое представление о том, как она работает как геологическая система. Но нам еще предстоит подождать и посмотреть, подтвердят ли полностью откалиброванные данные, полученные командой Chandrayaan-3, повышенную концентрацию серы.

Образование серы в атмосфере

Измерение содержания серы представляет интерес для ученых, по крайней мере, по двум причинам. Во-первых, полученные результаты указывают на то, что высокогорные почвы на лунных полюсах могут иметь принципиально иной состав по сравнению с высокогорными почвами в экваториальных районах Луны. Такое различие в составе почв, скорее всего, обусловлено различием условий окружающей среды в этих двух регионах — на полюса попадает меньше прямого солнечного света.

Во-вторых, эти результаты позволяют предположить, что в полярных областях серы почему-то больше. Сера, сконцентрированная здесь, могла образоваться из чрезвычайно разреженной лунной атмосферы.

Полярные области Луны получают меньше прямого солнечного света и, как следствие, имеют чрезвычайно низкие температуры по сравнению с остальной частью Луны. Если температура поверхности опускается ниже -73 градусов C (-99 градусов F), то сера из лунной атмосферы может скапливаться на поверхности в твердом виде — как иней на окне.

Сера на полюсах могла также образоваться в результате древних вулканических извержений на поверхности Луны или в результате падения на поверхность метеоритов, содержащих серу, которые испарились при ударе.

Лунная сера как ресурс

Для осуществления длительных космических полетов многие агентства рассматривают возможность создания на Луне своего рода базы. Астронавты и роботы могли бы отправляться с базы на южном полюсе для сбора, обработки, хранения и использования природных материалов, таких как сера, на Луне — концепция, называемая использованием ресурсов in-situ.

Использование ресурсов на месте означает сокращение количества возвращений на Землю за припасами и увеличение времени и энергии, затрачиваемых на исследования. Используя серу в качестве ресурса, космонавты могут создавать солнечные элементы и батареи на основе серы, смешивать удобрения на основе серы и изготавливать бетон на основе серы для строительства.

Бетон на основе серы имеет ряд преимуществ по сравнению с бетоном, обычно используемым в строительстве на Земле.

Во-первых, бетон на основе серы твердеет и набирает прочность в течение нескольких часов, а не недель, и обладает повышенной износостойкостью. Кроме того, он не требует добавления воды в смесь, поэтому космонавты могут использовать ценную воду для питья, производства кислорода и ракетного топлива.

Хотя в настоящее время на Луне и вокруг нее работают семь космических аппаратов, район южного полюса Луны еще не изучался с поверхности, поэтому новые измерения Прагьяна помогут ученым-планетологам понять геологическую историю Луны. Это также позволит луноведам, таким как я, задать новые вопросы о том, как формировалась и развивалась Луна».

В настоящее время ученые Индийской организации космических исследований заняты обработкой и калибровкой полученных данных. На поверхности Луны «Чандраян-3» находится в состоянии спячки в течение двухнедельной лунной ночи, когда температура опустится до -184 градусов F (-120 градусов C). Эта ночь продлится до 22 сентября.

Нет никакой гарантии, что компонент «Чандраян-3», называемый «Викрам» или «Прагян», переживет экстремально низкие температуры, но если «Прагян» проснется, ученые могут ожидать более ценных измерений.