SOFIA обнаружила молекулы воды (H2O) в кратере Клавиуса, одном из крупнейших кратеров, видимых с Земли, расположенном в южном полушарии Луны. Предыдущие наблюдения поверхности Луны обнаружили некоторую форму водорода, но не смогли отличить воду от ее близкого химического родственника, гидроксила (ОН). Данные из этого места показывают, что вода в концентрациях от 100 до 412 частей на миллион – примерно эквивалентно бутылке воды объемом 12 унций – заключена в кубическом метре почвы, разбросанной по поверхности Луны. Результаты опубликованы в последнем выпуске журнала Nature Astronomy.
«У нас были признаки того, что H2O – знакомая нам вода – может присутствовать на солнечной стороне Луны», – сказал Пол Герц, директор отдела астрофизики в Управлении научной миссии в штаб-квартире НАСА в Вашингтоне. "Теперь мы знаем, что это есть. Это открытие бросает вызов нашему пониманию лунной поверхности и поднимает интригующие вопросы о ресурсах, имеющих отношение к исследованию дальнего космоса."
Для сравнения: в пустыне Сахара в 100 раз больше воды, чем SOFIA обнаружила в лунном грунте. Несмотря на небольшие количества, открытие поднимает новые вопросы о том, как создается вода и как она сохраняется на суровой безвоздушной поверхности Луны.
Вода – ценный ресурс в глубоком космосе и ключевой ингредиент известной нам жизни. Будет ли найдена вода, найденная SOFIA, легко доступна для использования в качестве ресурса, еще предстоит определить.
В рамках программы НАСА Artemis агентство стремится узнать все возможное о присутствии воды на Луне, прежде чем отправить первую женщину и следующего мужчину на поверхность Луны в 2024 году и обеспечить устойчивое присутствие человека там к концу десятилетие.
Результаты SOFIA основаны на многолетнем предыдущем исследовании наличия воды на Луне. Когда астронавты Аполлона впервые вернулись с Луны в 1969 году, она считалась совершенно сухой.
Орбитальные и ударные миссии за последние 20 лет, такие как спутник НАСА для наблюдения и наблюдения за лунными кратерами, подтвердили наличие льда в постоянно затененных кратерах вокруг полюсов Луны. Между тем, несколько космических аппаратов, в том числе миссия Кассини и миссия кометы Deep Impact, а также миссия Индийской организации космических исследований Чандраяан-1 и наземный инфракрасный телескоп НАСА, осмотрели поверхность Луны и обнаружили доказательства гидратации. в более солнечных регионах.
Тем не менее, эти миссии не смогли окончательно различить форму, в которой он присутствует – ни H2O, ни OH.
«До наблюдений SOFIA мы знали, что есть какая-то гидратация», – сказала Кейси Хоннибалл, ведущий автор, опубликовавшая результаты своей дипломной работы в Гавайском университете в Маноа в Гонолулу. "Но мы не знали, сколько на самом деле молекул воды, если таковые имеются, – как мы пьем каждый день – или что-то вроде очистителя канализации."
СОФИЯ предложила новый способ смотреть на Луну. Этот модифицированный реактивный лайнер Boeing 747SP, летящий на высоте до 45000 футов, с телескопом диаметром 106 дюймов достигает более 99% водяного пара в атмосфере Земли, чтобы получить более четкое изображение инфракрасной Вселенной. Используя инфракрасную камеру для слабых объектов для телескопа SOFIA (FORCAST), SOFIA смогла уловить определенную длину волны, уникальную для молекул воды, на 6.1 микрон, и обнаружил относительно удивительную концентрацию в солнечном кратере Клавиуса.
«Без плотной атмосферы вода на освещенной солнцем поверхности Луны просто потерялась бы в космосе», – сказал Хоннибалл, который сейчас работает докторантом в Центре космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд. "Но каким-то образом мы это видим.
Что-то производит воду, и что-то, должно быть, удерживает ее там."
В доставке или создании этой воды могли быть задействованы несколько сил. Микрометеориты, падающие на поверхность Луны, неся небольшое количество воды, могут осаждать воду на поверхности Луны при ударе. Другая возможность состоит в том, что может быть двухэтапный процесс, при котором солнечный ветер доставляет водород на поверхность Луны и вызывает химическую реакцию с кислородсодержащими минералами в почве с образованием гидроксила.
Между тем, излучение от бомбардировки микрометеоритов может превращать этот гидроксил в воду.
Как затем вода накапливается – что делает возможным ее накопление – также вызывает некоторые интригующие вопросы.
Вода может быть захвачена в крошечные шарикоподобные структуры в почве, которые образуются из-за высокой температуры, создаваемой ударами микрометеоритов. Другая возможность заключается в том, что вода может быть спрятана между зернами лунной почвы и защищена от солнечного света, что потенциально делает ее немного более доступной, чем вода, заключенная в бусообразных структурах.
Для миссии, предназначенной для изучения далеких, тусклых объектов, таких как черные дыры, звездные скопления и галактики, внимание SOFIA на ближайшем и самом ярком соседе Земли было отходом от привычной работы.
Операторы телескопа обычно используют направляющую камеру для отслеживания звёзд, постоянно удерживая телескоп на наблюдаемой цели. Но Луна настолько близка и ярка, что заполняет все поле зрения гидрокамеры.
Поскольку звезд не было видно, было неясно, сможет ли телескоп надежно отслеживать Луну. Чтобы определить это, в августе 2018 года операторы решили попробовать провести тестовое наблюдение.
«На самом деле это был первый раз, когда SOFIA посмотрела на Луну, и мы даже не были полностью уверены, получим ли мы надежные данные, но вопросы о лунной воде вынудили нас попробовать», – сказал Насим Рангвала, проект SOFIA. ученый из Исследовательского центра Эймса НАСА в Силиконовой долине Калифорнии. "Невероятно, что это открытие стало результатом того, что, по сути, было испытанием, и теперь, когда мы знаем, что можем это сделать, мы планируем больше полетов, чтобы провести больше наблюдений."
Последующие полеты SOFIA будут искать воду в дополнительных освещенных солнцем местах и во время различных лунных фаз, чтобы узнать больше о том, как вода производится, хранится и перемещается по Луне. Эти данные будут добавлены к работе будущих лунных миссий, таких как NASA Volatiles Investigating Polar Exploration Rover (VIPER), для создания первых карт водных ресурсов Луны для будущего исследования человеком космоса.
В том же выпуске журнала Nature Astronomy ученые опубликовали статью с использованием теоретических моделей и данных лунного разведывательного орбитального аппарата НАСА, указав, что вода может быть захвачена небольшими тенями, где температура остается ниже нуля, на большей части Луны, чем ожидается в настоящее время.
Результаты можно найти здесь.
«Вода – ценный ресурс как для научных целей, так и для использования нашими исследователями», – сказал Джейкоб Бличер, главный научный сотрудник Управления космических исследований и операций НАСА. "Если мы сможем использовать ресурсы на Луне, тогда мы сможем нести меньше воды и больше оборудования, чтобы способствовать новым научным открытиям."
SOFIA – совместный проект NASA и Немецкого аэрокосмического центра.
Эймс руководит программой SOFIA, наукой и миссией в сотрудничестве с Университетской ассоциацией космических исследований со штаб-квартирой в Колумбии, штат Мэриленд, и немецким институтом SOFIA в Штутгартском университете. Самолет обслуживается и эксплуатируется в здании 703 Центра летных исследований Армстронга НАСА в Палмдейле, Калифорния.
Узнайте больше о SOFIA по адресу: https: // www.НАСА.правительство / софия