На Земле идет лунная гонка: США и Китай в едином порыве устремились к южному полюсу Луны. Причина одна: именно там в 2009 году с помощью эффектного эксперимента (удара ракетной ступенью о земной спутник) из лунной поверхности выбили сотни тонн грунта, где нашли воду.
Авторы новой научной работы, которую уже направили в журнал Icarus, напомнили, что обнаружили не только воду (5,6 процента от выброшенного грунта по массе), но и газы, таблицу с которыми вы видите ниже. В сумме летучие соединения в грунте из воронки глубиной всего пять метров составили как минимум девять процентов от его общей массы. Это очень высокий показатель.
С тех пор и началась научная гонка к лунной воде, в 2020-х превратившаяся в гонку к южному полюсу Луны, где эту воду 17 лет назад нашли. Правда, если выводы нового исследования верны, гонка идет в направлении, которое противоположно самому перспективному.
Но обо всем по порядку.
Что нашли на снимках
В августе 2026 года на сайте arXiv.org выложили научную работу, которая вскоре должна выйти в журнале Icarus. Среди авторов — довольно известные люди.
Физик Николай Горькавый 20 лет назад первым выдвинул мультиимпактную теорию образования Луны в основном из земного материала. О ней и том, как новые наблюдения находят ей подтверждения, Naked Science писал здесь. Харрисон Шмитт — пока единственный профессиональный ученый, лично посещавший Селену и собравший на ней самые интересные из всех образцов, добытых оттуда земной наукой.
Главное на 27 страницах новой статьи — снимки поверхности спутника, в основном сделанные автоматической межпланетной станцией Lunar Reconnaissance Orbiter, весьма высокого разрешения. Кстати, каждый из нас может рассмотреть любой участок Луны с тем же разрешением с помощью специальной лунной веб-карты NASA (MoonTrek). Но что именно увидели исследователи?
Важнейшее из их наблюдений — небольшие борозды рядом с ударными кратерами. У северного полюса, на 86,19 ° северной широты и 43,8 ° восточной долготы есть «канал» — условное название, отражающее длинную впадину рядом с ударным кратером (на фото ниже эта область выделена белым). Что здесь примечательного, ведь похожие «каналы» на Селене есть от древних лавовых трубок?
Известно, что эти трубки, диаметром до километра и исходно не наблюдаемые на поверхности, при близких ударах астероидов могут обрушиться. И тогда их неплохо видно — примерно как потоки на видео.
Но в этом случае есть пара нюансов, исключающих «лавовое» объяснение. Во-первых, снимок сделан в горном районе Луны. В отличие от ее «морей», там просто нет никаких следов вулканической активности и излияний лавы: на земном спутнике в горных районах их вообще не бывает.
Ударный кратер — другой возможный источник лавы в лунных условиях — тоже не может быть источником лавового потока. Там близко расположены кратеры диаметром только в сотни метров, и они просто слишком малы, чтобы расплавить такое количество лунного грунта и образовать лавовый поток. Мы знаем это не только расчетно, но и эмпирически: у подавляющего большинства лунных кратеров у северного полюса таких черт нет.
Кроме того, у конца потока нет никакой «площадки», как около действительно крупных лунных кратеров, диаметром несколько километров и более, вроде кратера Мандельштам F. Детали рельефа таких размеров образовались от падения крупных астероидов, там энергии уже достаточно, чтобы образовать лавовый поток.
Но в конце потока все равно будет площадка «сброса», куда выносит лаву. А тут ее нет. Как мы знаем из двух пунктов выше, потому что лаве там взяться неоткуда.
Что же тогда оставило эти каналы и почему те же процессы не сделали этого в низких широтах Луны? Авторы научной работы предположили, что все дело в таянии водного льда.
Астероид, оставляющий кратер в 300 метров, не сможет нагреть тысячи и десятки тысяч тонн грунта до состояния лавы. Но вот вода и другие летучие соединения, которых в приполярных регионах, как мы знаем из эксперимента 2009 года, может быть минимум девять процентов, требуют для плавления совсем других температур.
Средняя скорость падающего на Селену астероида — 16 километров в секунду. По расчетам исследователей, на такой скорости удар, образующий кратер в 250 метров, расплавит 10 тысяч тонн воды. А тот, что оставит кратер в 350 метров, расплавит уже десятки тысяч тонн льда.
Растаявшая вода может увлечь с собой грунт, как она делает это и в земных селевых потоках. На Селене это упрощается еще тем, что местный грунт весьма рыхлый, особенно у поверхности: жидкости легко превратить его в кашу, и получится уже грязевой поток.
На первый взгляд, это предположение дикое. На второй — тоже: над таким потоком будет практически вакуум. Как вода в нем может не выкипеть через считаные секунды?
Ученые попробовали рассчитать этот процесс. Они взяли плотность грунта в две тонны на кубометр (достаточно типично для местного реголита). Оказалось, при лунной гравитации уже на глубине 10 метров давление внутри такого потока будет 0,32 земной атмосферы. Это очень немного, но уже исключает сценарий мгновенного выкипания больших масс воды: в подобных условиях она будет испаряться до десятка минут, а никак не почти мгновенно.
Исследователи остановились на том, что происходит внутри водогрязевого потока, но для полноты картины стоит затронуть и самый верхний слой реголита. Может возникнуть вопрос: какой вообще водогрязевой поток на Луне, о чем вы?
Еще в школе нам говорили, что если давление находится ниже тройной точки воды, она вообще не может стать жидкой. Лед, нагретый близким ударом астероида, должен немедленно превратиться в водяной пар, который улетит в космос.
Формально все так, но на деле это не мешает водогрязевым потокам. Во-первых, давление веса лунного реголита уже на глубине в треть метра превышает нужное для достижения тройной точки. То есть как раз в тех слоях реголита, где водный лед есть, давление уже выше тройной точки.
Значит, жидкая вода тут возможна сразу, как только температура, после астероидного удара, превысит точку плавления льда. Во-вторых, как знают те, кто работал с вакуумным колпаком, холодная вода при нулевом давлении действительно сразу закипает. Но никакого ее мгновенного выкипания не происходит: недостаточно энергии. Более того, при достаточно интенсивном испарении оставшаяся вода охлаждается и может замерзнуть до льда, что вообще остановит кипение.
Но может ли грязевой поток покрыть километры за считаные минуты? Авторы статьи заложили в формулы перепад высот (100 метров) от начала до конца «канала» на снимке, а затем и его длину и другие параметры. Получилось, что скорость течения лунного грязевого потока составляла 4-7 метров в секунду. Это скорость хорошего бегуна — и учитывая, что длина «каналов», найденных на снимках от 1,7 до 2,5 километров, максимальное время жизни потока не превышало десяти минут.
На снимках видны некие «птички», V-образные следы, находящиеся вдоль каналов. Они явно образовались там, где поток обтекал какое-то препятствие, которых на лунной поверхности немало.
Еще одна деталь: подобные каналы гораздо проще найти у северного полюса Селены, чем у южного. И позже мы вернемся к этой их особенности, имеющей серьезное практическое значение.
Горькавый и соавторы отметили, что сходные небольшие «каналы» есть у некоторых кратеров на Марсе. Но там их сразу и трактовали как следы таяния льда в реголите: никто особенно и не сомневался, что такого вечномерзлотного льда много на четвертой планете.
«Новизна этой статьи — в предположении, что такие же феномены могут при определенных условиях происходить и на Луне», хотя ее 0,3 нанопаскаля «атмосферного давления», по земным меркам, вакуум.
Встает вопрос: почему на Красной планете таких небольших «каналов» много, а на Луне — настолько мало, что только в 2026 году вышла первая научная работа о них? Ученые посчитали, что дело в необходимости сочетания сразу нескольких обстоятельств, без которых лунный водно-грязевой поток не возникнет.
Во-первых, рядом с поверхностью в грунте должен быть водный лед. Это реально только в приполярных районах, причем в тех точках, куда до этого не падали другие астероиды, способные растопить лед под поверхностью и сделать ее сухой.
Во-вторых, астероид, растапливающий лунный лед, должен быть достаточно большим, чтобы дать достаточно энергии для расплава льда. Но не настолько большим, чтобы весь расплавленный лед оказался внутри кратера. Ведь тогда он никаких видимых потоков не даст: грязь с растаявшей водой просто сползет на дно кратера, не дав «канала».
В-третьих, кратер от астероида нужных размеров должен быть на уклоне. Если удар придется по ровной поверхности, грязевой поток от него никуда не потечет, потому что уклона нет. Это особенно верно для Селены, с ее силой тяжести в шесть раз меньше земной.
Что происходит, если удар был не на склоне?
Эти оговорки сами собой наводят на мысль: а какие следы должны оставаться от таяния подповерхностного льда вне таких особых условий? На плоской равнине, когда стекать водно-грязевому потоку некуда?
Исследователи уделили этому сценарию достаточно внимания. Ученые тщательно собрали снимки Lunar Reconnaissance Orbiter и в приполярных областях Селены нашли немало интересных мест, вроде того, что на фотографии ниже. Снимок сделан близко у полюса, где солнце всегда бывает низко над горизонтом. Поэтому затененная часть снимка в среднем намного холоднее, чем освещенная: на нее падает слишком мало солнечных лучей.
Вот слева затененный — солнечные лучи падают на него под меньшим углом — склон, усеянный небольшими кратерами. Вот справа в той же самой местности освещенный — солнечные лучи падают на него более прямо — склон, на котором кратеров почему-то радикально меньше. Это легко увидеть глазами. Но вот мозгом очень тяжело ответить на вопрос, как же так вышло.
Непонятно и другое: почему кратеры слева, где тень, имеют «обод» из выброшенного материала по краям, а у немногочисленных кратеров справа такого обода нет?
Хорошо заметно, что в этой горной местности о лавовых морях или просевших лавовых трубках речь не идет. То есть нет ни малейших признаков лавовых процессов, которые могли бы заровнять кратеры. Но что-то же их заровняло. И даже там, где еще нет — та же сила лишила кратеров возвышающегося вокруг них «обода».
Авторы исследования сравнили плотность на единицу площади для приполярных кратеров трех типов — самых малых, 10-25 метров, побольше, 25-50 метров, и еще больше — 50-150 метров диаметром. Затем они сравнили эти плотности с такими же по размеру кратерами в низких широтах Луны — в точке высадки «Аполлона-17». По этой точке на MoonTrek есть снимки высокого разрешения, что нечасто для низких широт. А еще потому, что оно хорошо известно одному из соавторов, Харрисону Шмитту, высадившемуся там в 1972 году в составе той самой миссии «Аполлон-17».
Оказалось, что кратеры до 25 метров и крупнее 50 метров и в низких широтах и у полюса деградировали с примерно одинаковой скоростью. А вот кратеры в 25-50 метров диаметров у полюсов исчезали намного быстрее, чем в низких широтах.
Тут надо учесть, что массовый механизм деградации кратеров в низких широтах по сути один: их постепенно засыпает материалом, выбитым из более поздних кратеров. Но вот у полюса, где в грунте много воды, добавляется второй механизм.
Известно, что лед в земных условиях «ползет» и ледники склонны медленно двигаться вниз, заполняя все неровности. Хотя сила тяжести на Селене в шесть раз меньше земной, лед в стенках кратеров со временем будет заполнять и их. Чем крупнее кратер, тем дольше идет этот процесс. Поэтому там, где диаметр больше 50 метров, он будет замедляться.
Читать полную версию материала, с таблицами:
