SOFIA НАСА обнаруживает воду на залитой солнцем поверхности Луны
Стратосферная обсерватория инфракрасной астрономии НАСА (SOFIA) впервые подтвердила наличие воды на освещенной солнцем поверхности Луны. Это открытие указывает на то, что вода может распространяться по лунной поверхности, а не только в холодных, затененных местах.
SOFIA обнаружила молекулы воды (H 2 O) 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, что примерно эквивалентно бутылке с водой объемом 12 унций, находится в кубическом метре почвы, разбросанной по поверхности Луны. Результаты опубликованы в последнем выпуске журнала Nature Astronomy .
«У нас были признаки того, что H 2 O — 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 поверхности Луны и поднимает интригующие вопросы о ресурсах, имеющих отношение к исследованию дальнего космоса».
Для сравнения: пустыня Сахара содержит 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 — это ценный ресурс в глубоком космосе и ключевой ингредиент известной нам жизни. Еще предстоит определить, будет ли найденная вода SOFIA легко доступна для использования в качестве ресурса. 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 многолетних предыдущих исследованиях, посвященных изучению наличия воды на Луне. Когда астронавты Аполлона впервые вернулись с Луны в 1969 году, она считалась полностью сухой. Орбитальные и ударные миссии за последние 20 лет, такие как спутник НАСА по наблюдению и зондированию лунных кратеров, 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, обследовали лунную поверхность и обнаружили доказательства гидратации. в более солнечных регионах.
«До наблюдений SOFIA мы знали, что существует какая-то гидратация», — сказала Кейси Хоннибалл, ведущий автор, опубликовавшая результаты своей дипломной работы в Гавайском университете в Маноа, Гонолулу. «Но мы не знали, сколько на самом деле молекул воды, если они вообще есть, — как мы пьем каждый день — или чего-то более похожего на очиститель канализации».
СОФИЯ предложила новый способ смотреть на Луну. Этот модифицированный реактивный лайнер Boeing 747SP, летящий на высоте до 45 000 футов, с телескопом диаметром 106 дюймов достигает более 99% водяного пара в атмосфере Земли, чтобы получить более четкое представление о инфракрасной Вселенной. Используя свою инфракрасную камеру для слабых объектов для телескопа SOFIA (FORCAST), SOFIA смогла уловить определенную длину волны, уникальную для молекул воды, в 6,1 микрон, и обнаружила относительно удивительную концентрацию в солнечном кратере Клавиуса.
«Без плотной атмосферы вода на освещенной солнцем поверхности Луны просто потеряна 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 могло быть несколько сил. Микрометеориты, падающие на поверхность Луны, неся небольшое количество воды, могут осаждать воду на поверхности Луны при ударе. Другая возможность заключается в двухэтапном процессе, 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 могло преобразовывать этот гидроксил в воду.
Как затем вода накапливается — что делает возможным ее накопление — также вызывает некоторые интригующие вопросы. Вода могла быть захвачена в крошечные бусинки в почве, образовавшиеся 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 структурах, похожих на бусинки.
Для миссии, предназначенной для изучения далеких, тусклых объектов, таких как черные дыры, звездные скопления и галактики, внимание SOFIA к ближайшему и самому яркому соседу Земли было отходом от привычной работы. Операторы телескопов обычно используют направляющую камеру для отслеживания звезд, удерживая телескоп стабильно на своей цели наблюдения. Но Луна настолько близка и ярка, что заполняет все поле зрения камеры-гида. Поскольку звезд не было видно, было неясно, сможет ли телескоп надежно отслеживать Луну. Чтобы определить это, в августе 2018 года операторы решили 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 достоверные данные, но вопросы о лунной воде вынудили нас попробовать», — сказал Насим Рангвала, проект SOFIA. ученый из Исследовательского центра Эймса НАСА в Калифорнийской Кремниевой долине. «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 добавят к работе будущих лунных миссий, таких как NASA Volatiles Investigating Polar Exploration Rover (VIPER), чтобы создать первые карты водных ресурсов Луны для будущего исследования космоса человеком.
В том же выпуске 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 посмотреть 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 Луны, тогда мы сможем нести меньше воды и больше оборудования, чтобы сделать возможным новые научные открытия».
SOFIA — совместный проект NASA и Немецкого аэрокосмического центра. Эймс руководит программой, наукой и миссией SOFIA 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: https://www.nasa.gov/sofia
Источник истории:
Материалы предоставлены НАСА . Примечание. Содержимое можно редактировать по стилю и длине.
Связанные мультимедиа :
Ссылка на журнал :
- CI Honniball, PG Lucey, S. Li, S. Shenoy, TM Orlando, CA Hibbitts, DM Hurley, WM Farrell. Молекулярная вода обнаружена на солнечной Луне SOFIA . Nature Astronomy , 26 октября 2020 г .; DOI: 10.1038 / s41550-020-01222-x
