Откуда на Луне взялся гелий?

Спектрометр LAMP, установленный на борту станции Lunar Reconnaissance Orbiter, позволил ученым изучить спектр веществ, которые содержатся в атмосфере Луны. В частности, оказалось, что в ней присутствуют гелий и аргон. Первые измерения спектра были проведены еще в 1972 году в рамках проекта LACE, осуществленного миссией "Аполлона-17".

Тогда, 40 лет назад, аппаратура "Аполлона" определила, что лунного гелия становится больше с приходом ночи. Возможно, это объясняется тем, что чем холоднее атмосфера в "темное" время лунных суток, тем выше концентраця атомов этого газа на низких высотах.

Хотя основной задачей LAMP является отображение лунной поверхности, операторы все же решились на исследование дальнего ультрафиолетового излучения над поверхностью спутника Земли. В ходе более полусотни витков "Апполона" вокруг Луны присутствие в лунной атмосфере гелия окончательно подтвердилось, тем более что аппаратуре удалось заглушить помехи межпланетного фона (гелий может находиться также в космическом пространстве).

"Вопрос теперь ставится следующим образом, — комментирует руководитель проекта LAMP Алан Стерн из Юго-Западного исследовательского института (США). — Образуется ли гелий внутри Луны — например, за счет радиоактивного распада в породах — или же происходит из внешних источников вроде солнечного ветра?". Кроме того, исследователям предстоит выяснить, как распределяется гелий по различным широтам.

Еще одна загадка Луны связана с ее ионосферой. Первые доказательства того, что у Луны имеется ионосфера, были получены в 1970-х годах, когда советские орбитальные зонды "Луна-19" и "Луна-22" обнаружили на высоте десятков километров над лунной поверхностью слой заряженных частиц, содержащий до 1 тысячи электронов на один кубический сантиметр.

Впоследствии сведения о наличии вокруг Луны плотной ионосферной оболочки подтвердились. Но откуда она взялась, было совершенно непонятно. Ведь плотность у лунной атмосферы в миллиарды раз меньше, чем у земной!

У нашей планеты, к примеру, ионосфера представляет собой слой ионизированного газа, который выделяется из частиц воздуха под воздействием солнечных лучей — ультрафиолета. Для земной жизнедеятельности ионосфера весьма важна. В частности, она отражает радиоволны, влияя на связь и навигацию. Возмущения ионосферы могут приводить к сбоям в работе приборов GPS.

Как видим, для создания ионосферы нужен воздух. У Луны же практически нет атмосферы, по крайней мере, в нашем понимании. Правда, на поверхность спутника просачивается небольшое количество газа, который образуется в результате радиоактивного распада в лунных недрах и воздействия солнечного ветра. Содержание газов у поверхности Луны в "ночное" время не превышает 200 тысяч частиц на 1 кубический сантиметр.

"Днем" оно увеличивается вдвое за счет дегазации грунта. Такая концентрация соответствует состоянию глубокого вакуума, поэтому днем поверхность Луны накаляется до +120 градусов по Цельсию, а в ночные часы или даже в тени она остывает до -160 градусов. При этом газовая оболочка вокруг Луны настолько тонка, что ее обычно называют не атмосферой, а экзосферой. И, разумеется, ионосфере тут взяться неоткуда. Но она все-таки есть!

На протяжении 40 лет лунная ионосфера кружила головы астрофизикам. И лишь недавно Тим Стаббс из Центра космических полетов НАСА имени Годдарда выдвинул неожиданную гипотезу: она формируется из пыли! В пользу этого, по мнению Стаббса, может служить тот факт, что астронавты "Аполлона-15" наблюдали над горизонтом Луны загадочное свечение. Оно могло быть вызвано ионизацией пылевых частиц, светящихся в лучах восходящего или заходящего солнца. Как полагает ученый, возникающего при этом электрического заряда вполне хватает, чтобы поддерживать ионосферную оболочку. А пыли на Луне, как мы знаем, вполне предостаточно.

Кстати, не так давно группа химиков из Кембриджа во главе с Дереком Фреем разработала устройство, способное добывать кислород из лунного грунта — реголита. Так называют смесь тонкой пыли и скалистых обломков, образующихся в результате падения метеоритов.

Дерек Фрей и его коллеги предложили способ на основе электрохимического процесса, предназначенного для получения чистого металла и сплавов из оксидов, которые входят в состав реголита. Этот сплав используется в качестве катода, а роль анода играет углерод.

Если по всей Луне установить такие преобразователи грунта в кислород, то, несмотря на то, что "своей" пригодной для жизни атмосферы у спутника нет, потенциальным колонистам с Земли будет чем дышать, и они смогут проводить здесь достаточно много времени.