Толщина лунного грунта в кратере Шеклтон на Южном полюсе Луны может доходить до 40 м, что позволяет лучше оценить перспективность этого района с точки зрения ресурсов для будущей лунной базы. Такой результат получили ученые Института геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского РАН в исследовании, проведенном совместно с коллегами из США и Китая.

 

Поверхностный слой сыпучего лунного грунта, называемого реголитом, образовался в основном в результате ударного воздействия метеоритов, миллиарды лет бомбардировавших поверхность Луны. Реголит покрывает всю поверхность Луны, однако его толщина зависит от возраста участка и интенсивности его метеоритной обработки. Долгое время считалось, что реголит представляет собой сухую смесь измельченных в песок и пыль пород, однако в последние годы выяснилось, что в кратерах, расположенных в полярных областях, чьи днища постоянно затенены из-за того, что Солнце никогда не поднимается на этих широтах высоко над горизонтом, в составе реголита может находиться небольшое количество водяного льда.

В связи с этим, как пишут авторы исследования, реголит, содержащий водяной лед в полярных областях Луны, представляет большой интерес как для фундаментальной науки по изучению Луны, так и для практических нужд, таких как ресурс для жизнеобеспечения будущих лунных баз и топливо для космических полетов. Именно поэтому полярные области вызывают повышенный интерес исследователей всего мира. По этой же причине российская лунная программа возобновляется в 2022 году полетом космического аппарата (КА) «Луна-25», который должен совершить первую в истории посадку в районе Южного полюса Луны.

Еще в 1970-х годах советские ученые нашли способ оценки толщины реголита (аналитический подход Базилевского), основанный на анализе характеристик небольших (менее 1–2 км в диаметре) лунных кратеров, покрывающих сплошь всю поверхность Луны, включая днища крупных кратеров. Ведь в основном именно в результате подобной бомбардировки и образуется лунный грунт. Поэтому вариации толщины реголита можно оценить, зная площадь, занимаемую кратерами того или иного диаметра, и характерное отношение глубины кратера к его диаметру.

В частности, такие оценки были сделаны в 1970-х годах Александром Базилевским (одним из авторов данного исследования) и Кириллом Флоренским при анализе мест посадки советских космических аппаратов (КА) «Луна-16», «Луна-17» и «Луна-24». Толщина реголита, по их оценкам, составляла от 3,2 до 4 м, что согласуется с результатами измерений, полученных наземным радиотелескопом «Аресибо».

В новом исследовании, проведенном учеными ГЕОХИ РАН с зарубежными партнерами, был применен тот же подход для оценки толщины реголита на днищах трех крупных южнополярных кратеров Луны: кратера Шумейкер (диаметр 52 км, возраст 4,16 млрд лет), кратер Свердруп (33 км, 3,8 млрд лет) и кратер Шеклтон (21 км, 3,15 млрд лет).

Рис. 1. На фотографиях южного полюса Луны видно, что днища крупных кратеров затенены, и это не дает возможности разглядеть на них мелкие детали.

Сложность анализа в данном случае заключалась в том, что днища этих кратеров постоянно затенены (рис. 1), и «нормальных» телевизионных или фотоизображений для них не существует, поэтому разглядеть на этих днищах мелкие кратеры обычным способом невозможно. Однако в последние годы методом локации были созданы достаточно подробные цифровые карты Луны. Визуализация деталей поверхности в исследуемых затененных районах может быть получена с использованием цифровых данных методом так называемой «отмывки» изображения участков днищ кратеров размером 8 × 8 км.

Как разъясняют авторы исследования, «отмывкой» называют картографический способ изображения рельефа методом теневой пластики. При этом сам рельеф берется из цифровой модели. «Отмывка» создается с помощью компьютерных технологий автоматическим способом с учетом двух параметров: азимута и высоты источника освещения: чем меньше высота источника, тем эффективнее осуществляется затенение. Таким образом цифровая модель превращается в обычную с виду фотографию поверхности, на которой можно разглядеть мелкие кратеры. Такие «фотографии» можно получить и для тех участков, которые всегда находятся в тени.

Рис. 2. Изображения, полученные методом «отмывки» на участках днищ кратеров Шумейкер (а), Свердруп (б) и Шеклтон (в) с использованием цифровой модели поверхности Луны LOLA. Разрешение изображений – 10 м/пиксел.

На рис. 2 видно, что поверхности выбранных районов покрыты многочисленными мелкими кратерами, образование которых должно было привести к переработке поверхностного слоя исследуемых участков в реголит. Анализ показал, что средняя толщина реголита на дне относительно молодого кратера Шеклтон (3,15 млрд лет) оказалась равной 3,2 м, что совпадает с подтвержденной измерениями «Аресибо» оценкой толщины реголита в районе посадки «Луны-24» (от 3,2 до 4 м при возрасте 3,2–3,4 млрд лет). Близость возрастов поверхностей в этих районах подтверждает правильность предложенного подхода. Средняя мощность реголита на дне более старого кратера Свердруп (3,8 млрд лет), по оценке авторов исследования, составила 14 м, что также хорошо согласуется с результатами, полученными по данным радаров.

Как утверждают ученые, эти совпадения указывают на то, что принятый в исследовании подход к оценке толщины лунного реголита является верным, и дают возможность считать приемлемой полученную оценку средней мощности реголита на дне самого старого из рассматриваемых кратеров – Шумейкер (4,16 млрд лет) – 40 м.

Подробнее см. статью «Ударная переработка реголита в полярных регионах Луны», А.Т. Базилевский, М.А. Креславский, В.А. Дорофеева, Юань Ли, ЛиГанг Фан, «Астрономический вестник», 2022, т. 56, № 3, стр. 169-177.

Редакция сайта РАН