Мистериозният Южен полюс на Луната: Ето защо учените са нетърпеливи да го изследват

И ндийската мисия Chandrayaan-3 вече разкрива нови прозрения за енигматичния Южен полюс на Луната. Бъдещи мисии в този регион са планирани от САЩ, Китай и Русия, така че какво го прави толкова завладяващ?

Това е място, където никой предмет, направен от хора, не е достигал досега. Миналата седмица обаче миниатюрният марсоход Pragyaan се спусна по рампа от своя кораб-майка, индийския спускаем апарат Vikram, и започна да изследва района около Южния полюс на Луната.

Космическият кораб без екипаж е нещо като пионер – първият, който прави меко кацане в студения, осеян с кратери лунен полярен пейзаж. Докато мисиите на Аполо от 60-те и 70-те години на миналия век се приземяваха предимно близо до екватора на Луната, спускаемият модул от индийската мисия Чандраян-3 успешно се докосна на около 600 км от южния полюс на Луната, по-близо, отколкото всеки космически кораб е бил до това място.

Chandrayaan-3 Mission:
In-situ Scientific Experiments

Radio Anatomy of Moon Bound Hypersensitive Ionosphere and Atmosphere - Langmuir Probe (RAMBHA-LP) payload onboard Chandrayaan-3 Lander has made first-ever measurements of the near-surface Lunar plasma environment over the… pic.twitter.com/n8ifIEr83h

— ISRO (@isro) August 31, 2023

Той пристигна по петите на неуспешния руски опит два дни по-рано, космическият кораб Луна-25, който излезе извън контрол и се разби. Мисията на Индия е началото на бурна дейност в тази енигматична част от лунната повърхност, която в крайна сметка ще види хората да стъпят там по-късно това десетилетие.

„Просто е невероятно, че това се случва“, казва Симеон Барбър, планетарен учен в Отворения университет в Обединеното кралство.

Наред с Индия и Русия, както САЩ, така и Китай са насочили поглед към Южния полюс на Луната. Там те се надяват да проучат някои от най-интригуващите мистерии на Луната и може би дори да използват това, което намерят.

Но какво е в Южния полюс на Луната, което го прави толкова привлекателен за тези посетители?

Chandrayaan-3 и неговият марсоход с размерите на куфар вече изпратиха няколко изкусителни намека за странната среда, в която се намират. Пътувайки с около 1 см всяка секунда през прашната повърхност, марсоходът Pragyaan се отдалечи на няколко метра от своя кораб-майка.

Заравяйки сензорите си в лунната почва по пътя, марсоходът разкри любопитен рязък спад на температурата под повърхността. На повърхността е измерена температура от около 50C, но само 80 mm под това, тя падна до -10C – температурна разлика, която „изненада“ учените.

Оборудването за химически анализ на борда също показва наличието на сяра, алуминий, калций, желязо, титан, манган, хром и кислород в лунната почва.

Chandrayaan-3 Mission:
The rover was rotated in search of a safe route. The rotation was captured by a Lander Imager Camera.

It feels as though a child is playfully frolicking in the yards of Chandamama, while the mother watches affectionately.
Isn't it?🙂 pic.twitter.com/w5FwFZzDMp

— ISRO (@isro) August 31, 2023

И двете ранни открития подсказват защо учените са нетърпеливи да изследват южния полярен регион на Луната.

Плитката ос на въртене на Луната, 1,5 градуса в сравнение с 23,5 градуса на Земята, означава, че някои кратери на нейните полюси никога не виждат слънчева светлина. В съчетание с ниските температури на тези места, учените смятат, че това е довело до изобилие от лед, голяма част от който е направен от вода, който е или смесен с почвата, или изложен на повърхността. Има надежди, че ледът може да се използва както като ресурс за астронавтите, така и като трамплин за бъдещи научни открития.

„Това е уникално местоположение“, казва Саумитра Мукерджи, професор по геология в университета Джавахарлал Неру в Ню Делхи, Индия.

Понякога наричани „кратери на вечната тъмнина“, постоянно засенчените региони са наклонени по такъв начин, че слънчевите лъчи никога не достигат вътрешностите им, което означава, че потенциално са съхранявали лед за милиарди години

Най-доброто ни доказателство за наличието на воден лед на Луната идва от експеримент на НАСА през октомври 2009 г., когато празна ракета целенасочено беше ударена в кратер на Южния полюс. „Шлейфът от материал имаше доказателства за вода“, казва Маргарет Ландис, планетарен учен от Университета на Колорадо, Боулдър, САЩ. "Това е нашето единствено пряко наблюдение на воден лед на Луната."

Други данни сочат по-висока отражателна способност на полюсите, вероятно резултат от лед, докато се наблюдава по-голямо количество водород на полюсите, вероятно резултат от воден лед. Миналата година ученият Уилям Рич от Изследователския център Еймс на НАСА в Калифорния летя с вече пенсионирания телескоп „София“ на НАСА в самолет, за да изследва Луната, откривайки доказателства за водород „точно извън“ мястото за кацане, което сега е заето от Vikram на Chandrayaan-3 и неговия роувър, откакто кацна на 23 август.

Chandrayaan-3 Mission:

Smile, please📸!

Pragyan Rover clicked an image of Vikram Lander this morning.

The 'image of the mission' was taken by the Navigation Camera onboard the Rover (NavCam).

NavCams for the Chandrayaan-3 Mission are developed by the Laboratory for… pic.twitter.com/Oece2bi6zE

— ISRO (@isro) August 30, 2023

Тези скорошни открития на воден лед стимулират подновения интерес към изследването на Луната и по-специално нейния Южен полюс.

Индийският спускаем модул и марсоход сега ще позволят на учените да "тестват теориите, които лунните изследователи предлагат за наличието на воден лед в лунната почва", казва Анчал Шарма, бивш инженер в Индийската организация за космически изследвания (ISRO), който сега работи в университета от Тренто, Италия.

Въпреки че данните от Chandrayaan-3 ще бъдат полезни, учените са особено развълнувани от по-късните мисии, които ще кацнат по-близо до Южния полюс. Тук има кратери, известни като постоянно засенчени региони (PSR). Понякога наричани „кратери на вечния мрак“, те са наклонени по такъв начин, че слънчевите лъчи никога не достигат техните вътрешности, което означава, че потенциално са съхранявали лед в продължение на милиарди години. Южният полюс има повече кратери от Северния полюс, вероятно произволен резултат от това колко удара на метеорита са ударили повърхността, което прави Южния полюс по-привлекателна цел.

Температурите в PSR могат да паднат под -200C, което ги прави предпочитани места за търсене на лед. Роувър на НАСА, който ще се насочи към южния полюс на Луната в края на 2024 г., наречен Viper, ще влезе в някои от тези PSR, включвайки фарове, за да хвърли светлина – буквално – върху техните тайни. Мисията трябва да ни каже дали има „блокови парчета лед“ или „малки кристали, смесени в пясъчна смес“, казва Дан Андрюс от Изследователския център Еймс на НАСА, ръководител на проекта на Viper.

Viper обаче може да не е първата мисия, която влиза в PSR. Предишна мисия, наречена Micro-Nova hopper, от американската фирма Intuitive Machines, може да бъде изпратена до Луната по-рано през 2024 г. Въпреки че ѝ липсват инструментите на Viper, като бормашина за копаене в повърхността, тя ще използва тласкащите устройства да "скочи" в PSR на Южния полюс на Луната, което ни дава първия поглед вътре.

Chandrayaan-3 Mission!🚀 pic.twitter.com/aFuTurevL2

— RVCJ Media (@RVCJ_FB) September 1, 2023

Това обаче не са единствените мисии, насочени към Южния полюс на Луната. Последваща индийска мисия в партньорство с Япония, Chandrayaan-4, също ще се отправи тук, докато Китай сигнализира за намерението си да кацне в този регион, а Русия има друга планирана мисия на Южния полюс.

Водният лед предизвиква този интерес. Ако съществува в изобилие и е достъпен, той може да бъде ценен ресурс както за човешки селища на Луната, така и за изследване по-навътре в Слънчевата система. Ако ледът може да бъде отстранен от лунната почва, той може да бъде разделен на водород и кислород, ключов компонент на ракетното гориво или потенциален източник на питейна вода и кислород за човешките селища.

Chandrayaan-3 Mission:

On August 27, 2023, the Rover came across a 4-meter diameter crater positioned 3 meters ahead of its location.
The Rover was commanded to retrace the path.

It's now safely heading on a new path.#Chandrayaan_3#Ch3 pic.twitter.com/QfOmqDYvSF

— ISRO (@isro) August 28, 2023

„Най-лесният начин да го добиете е да изкопаете ледената почва и да я поставите в някаква пещ, за да сублимирате леда“, казва Кевин Кенън, асистент по геология в Минното училище в Колорадо в САЩ.

„Можем да поставим достатъчно гориво в депо, за да може една ракета да презареди гориво и да достигне външната слънчева система многократно. Има и достъп до места, които са осветени до 90% от годината, което дава добра слънчева енергия за обработка на почвата в кислород и метали като алуминий."

Тези мечти за пътуване в дълбокия Космос и живот на Луната са по-близо, отколкото може да се мисли. През 2025 г. НАСА планира да кацне хора на повърхността на Луната със спускаем апарат на SpaceX за първи път от половин век като част от своята мисия Artemis III. Те ще кацнат на понастоящем неизбрано място на Южния полюс и ще търсят директно лед за първи път.

„Основните цели на тази мисия са да се научим как да кацаме и да оперираме в полярните региони“, казва Джейкъб Бличър, главен изследовател на НАСА. В зависимост от естеството на леда, открит от предишни мисии като Viper на Южния полюс, астронавтите вероятно ще носят инструменти, за да съберат малко и да го върнат на Земята. Бъдещите мисии на Артемида може след това да се стремят да използват това по-активно като ресурс. 

Перспективата за други потенциално използваеми минерали и метали на повърхността на Луната също може да бъде добивана и използвана от астронавтите за изграждане на инфраструктурата, от която ще се нуждаят, за да оцелеят там.

Има много научни причини да се изследва и Южният полюс на Луната. Учените са нетърпеливи да разкрият произхода на водата на Луната, която може да е била изригната от древни лунни вулкани преди милиарди години, доставена от астероиди или комети или дори пренесена от слънчевия вятър.

„Това, което е наистина вълнуващо за водата на Луната, е наистина да разберем как скалистите планети получават водата си, което е ключова част от тяхната обитаемост“, казва Ландис. „Разбирането как Луната е получила своята вода може да ни каже повече за Земята, а също и за скалистите екзопланети [в други слънчеви системи].“

Chandrayaan-3 Mission:
🔍What's new here?

Pragyan rover roams around Shiv Shakti Point in pursuit of lunar secrets at the South Pole 🌗! pic.twitter.com/1g5gQsgrjM

— ISRO (@isro) August 26, 2023

Освен това китайският марсоход Chandrayaan-4 откри доказателства за огромен кратер, заровен близо до южния полюс на Луната, в резултат на силно сблъсък в началото на живота му, за който учените нетърпеливи да научат повече.

„Можем да видим напречно сечение на затрупания кратер“ с помощта на радар, казва Jianqing Feng от Института за планетарни науки в Аризона.

Брет Деневи, планетарен учен в лабораторията по приложна физика на университета "Джон Хопкинс" в Мериленд, САЩ, която беше избрана да ръководи геологичен екип за поставяне на научни цели за астронавтите на Artemis III по-рано този месец, също отбелязва, че теренът на южния полюс е част от най-старият на Луната, с по-малко доказателства за скорошен вулканизъм.

„Това предоставя фантастична възможност да се разгледат някои от наистина ранните процеси в слънчевата система, които не са записани на Земята“, казва тя. Екипът на Деневи се стреми да разреши други мистерии около Луната, като например защо нейната далечна страна има много повече кратери от близката страна и природата на магмен океан, който вероятно някога е покривал нейната повърхност. „Все още имаме тези наистина фундаментални въпроси относно Луната“, казва тя.