Долгие годы считалось, что на поверхности Луны нет ни капли влаги.

С этим трудно поспорить: даже человеку, далекому от астрономии, известно, что физические условия на естественном спутнике Земли исключают возможность существования там воды - по крайней мере, в жидком виде. Тем не менее, воду на Луне по-прежнему продолжают искать - и, надо сказать, небезуспешно.

Вы спросите - а зачем, собственно, нам лед на Луне? Вопрос имеет прямое отношение к освоению космоса. Дело в том, что работа постоянной пилотируемой лунной базы подразумевает потребление большого количества разнообразных веществ и материалов, важнейшим из которых является вода. Возможность добычи воды на месте существенно облегчит функционирование лунных баз и снизит его стоимость.

Вода в твердой фазе уже обнаружена на поверхности многих крупных тел Солнечной системы. Наличием влаги могут похвастаться три из четырех галилеевых спутников Юпитера (Европа, Ганимед и Каллисто), некоторые сферические спутники Сатурна. Урана и Нептуна, кометные ядра. Также вода в виде льда присутствует в полярных районах Марса и, конечно же, Земли. Предполагается, что Плутон и другие объекты так называемого пояса Койпера также могут частично состоять из водяного льда и твердой фазы углеводородов. Но совершенно особого внимания достойно гипотетическое наличие льда на поверхностях ближайших к Земле крупных без атмосферных тел - Луны и Меркурия.

Еще в начале 60-х годов прошлого века американские исследователи предположили, что вода может замерзать в так называемых «холодных ловушках» - местах вблизи полюсов, никогда не освещаемых Солнцем. Правда, ученые считали причиной появления льда дегазации Луны и потерю ею летучих компонентов в начальный период ее развития, что, в конечном счете, оказалось неверным. До истины докопался видный эстонский астроном, который связал образование «холодных ловушек» с испарением при ударе метеороидов о поверхность Луны, а также их миграцией и захоронением в этих местах.

Но возможно ли сохранение «холодных ловушек» в течение длительного по космологическим масштабам времени?
Для долгого существования районов, никогда не освещаемых Солнцем, необходимо наличие достаточно глубоких метеоритных или вулканических кратеров. Угол наклона оси вращения Луны к нормали от плоскости ее орбиты отличается чуть больше, чем на один градус, а плоскость, по которой она вращается вокруг Земли, даже в своих максимальных значениях также незначительно различается с эклиптикой.
Если бы этот угол составлял достаточно большое значение - как у Луны и Марса, - существование вечно затененных районов было бы невозможным. Если кратеры находятся в полярных районах, центральная их часть никогда не будет освещена Солнцем, а так как теплоперенос на поверхности Луны практически отсутствует, температура в этих местах может достигать значений, близких к абсолютному нулю.

Дело в том, что с момента своего образования Луна постоянно подвергалась космическим бомбардировкам, причем с ее поверхностью сталкивались не только обычные каменные, железные и железокаменные метеориты, но и, несомненно, кометные ядра и их фрагменты. И так как ядра комет состоят из различных легкоплавких льдов и летучих углеводородов, при взрыве и последующем полном испарении этих объектов часть их молекул может совершать тепловое столкновительное движение, в процессе которого некоторая доля молекул способна достигать тех самых вечно затемненных областей в полярных регионах.

Длительный перерыв, возникший между последними пилотируемыми полетами по программе «Аполлон* в начале 70-х годов и возобновлением полетов межпланетных станций в середине 90-х, не способствовал прояснению ситуации с существованием лунных льдов. Важное открытие было сделано с помощью лунного американского зонда «Клементина» и автоматической станции «Галилео», двигавшейся по направлению к Юпитеру и пролетавшей мимо системы «Земля-Луна»: ими была открыта крупная депрессия - древнейший ударный кратер, бассейн Южный Полюс - Эйткен, составляющий приблизительно 2500 км в диаметре и 13 км глубиной.

Спускаемый аппарат во время проб на Южном полюсе-Эйткен. Изображение: NASA

Начиная с 1996 года целый ряд искусственных спутников Луны был намеренно уничтожен в вечно затемненных областях: когда двигавшийся со скоростью примерно 2 км/с аппарат сталкивался с поверхностью Луны, происходящий взрыв испарял в том числе и обогащенные водой под поверхностные слои, что могло быть зафиксировано чувствительной наземной аппаратурой.

Первой в полярную область Луны упала американская автоматическая станция «Лунар Проспектор» в 1997 году. К сожалению, даже самые тщательные наблюдения не выявили следов взрыва - возможно, на конечном участке траектории произошел сбой, и станция не попала в заданную затемненную область внутри полярного кратера.
Следующим был европейский зонд «Смарт-1», запущенный в сентябре 2003 года. После совершения ряда сложных маневров в поле тяготения Земли и Луны в ноябре 2004-го он вышел на орбиту вокруг нашего естественного спутника, а еще через два года совершил контролируемое падение в заданный постоянно затемненный район.
Этому событию сопутствовали понятный ажиотаж среди профессиональных астрономов и любителей и обширная программа наблюдений района падения в небольшие и крупные телескопы для определения характеристик поверхности и параметров взрыва. Время и место падения могли измениться в зависимости от деталей траектории аппарата в последние дни и часы, а также от рельефа в месте столкновения. Район падения находился на видимой, но не освещенной в это держания водорода в приповерхностном слое реголита (лунного грунта), провести поиск залежей водяного льда в вечно затемненных приполярных кратерах, а также оценить вклад нейтронной компоненты в радиационный фон Луны для обеспечения радиационной безопасности будущих пилотируемых экспедиций и постоянных баз на поверхности спутника.

Камера не зафиксировала отражение света, которое свидетельствовало бы о наличии льда время стороне Луны, так что явление наблюдалось в виде небольшой компактной вспышки. Однако и в этом случае, несмотря на тщательный анализ результатов, доказательства испарения воды не были получены.

Запущенная в июне 2009 года американская станция LKR0SS 9 октября достигла одного из небольших кратеров в полярной области - причем сначала поверхности Луны коснулась последняя ступень ракеты «Атлас V», которая доставила аппарат на орбиту. Два удара произошли с разницей всего в несколько минут, таким образом, что аппаратура зонда смогла зафиксировать происходящее при взрыве ракеты-носителя. К сожалению, самые тщательные наблюдения не обнаружили ощутимого выброса паров воды при этих падениях - вспышка и выброс от удара оказались намного меньше, чем предполагалось первоначально. Большие наземные телескопы ничего не зафиксировали.

Интересно отметить, что на другом аппарате LRO, выведенном на орбиту этой же ракетой-носителем, находился российский прибор ЛЕНД, разработанный в Институте космических исследований РАН. Фактически это небольшой нейтронный телескоп с высоким пространственным разрешением, предназначенный для измерения излучения лунной поверхности.

Японский лунный аппарат «Кагуя» обследовал кратер Шеклетон на южном полюсе Луны при помощи специальной телекамеры с очень высоким разрешением. Камера не зафиксировала отражение света, которое свидетельствовало бы о наличии льда. Однако такой результат лишь означает, что в этом месте нет достаточно чистого льда непосредственно на поверхности, но при этом лед может находиться под ней.

В соответствии с полученными данными исследователи существенно переработали имеющиеся модели. И раньше предполагалось, что кометная водно-углеводородная компонента составляет небольшой процент от вещества верхних горизонтов реголита, но по нынешним оценкам некоторых ученых эта доля может быть значительно снижена. В принципе, не выглядит совсем невероятным и полное отсутствие воды и других летучих соединений в твердой фазе, но и этот факт нуждается в теоретическом подтверждении. Тем временем появились вполне серьезные проекты доставки лунного вещества с полярных областей - подобный материал даже в ничтожном количестве будет иметь важнейшее значение для развития геохимии.

Хотя шансы на существование лунного льда понизились, исследования в области этой интереснейшей проблемы будут продолжаться: и положительный, и отрицательный ответ будет иметь одинаково большое значение для понимания истории развития крупных без атмосферных тел и комет, чье вещество неизменно с момента образования Солнечной системы.