23 августа 2023 года индийский посадочный аппарат Chandrayaan-3 приземлился на расстоянии 600 км от Южного полюса Луны. В течение примерно 14 земных дней Chandrayaan-3 предоставлял учёным новые данные для изучения Луны. Индийская организация космических исследований поделилась первыми результатами.
Хотя данные от беспилотного ровера Chandrayaan-3, названного Pragyan, что означает «мудрость» на санскрите, показали, что лунный реголит содержит ожидаемые элементы, такие как железо, титан, алюминий и кальций, они также показали неожиданно высокую концентрацию серы. Планетологи всегда знали, что сера существует в лунных породах, но были уверены, что концентрация очень низкая. Новые измерения свидетельствуют о более высокой концентрации серы, чем ожидалось.
У Pragyan есть два инструмента, которые анализируют элементный состав грунта — рентгеновский спектрометр и спектрометр лазерно-индуцированного разрушения, или LIBS. Оба этих инструмента измеряли содержание серы рядом с местом посадки.
На поверхности Луны присутствуют два основных типа пород — тёмные вулканические породы и светлые горные породы. Разница в яркости между этими материалами создаёт знакомое изображение «лица на Луне».
Учёные, измеряющие состав лунных пород и почвы в лабораториях на Земле, обнаружили, что материал с тёмных вулканических равнин обычно содержит больше серы, чем материалы из светлых горных районов. Сера в основном является следствием вулканической активности. Сера содержится в глубоких слоях, и когда эти породы плавятся, сера становится частью магмы. Когда расплавленная порода выходит на поверхность, большая часть серы в магме превращается в газ, который выделяется вместе с водяным паром и углекислым газом. Некоторая часть серы остаётся в магме и сохраняется внутри породы после её охлаждения. Этот процесс объясняет, почему сера главным образом содержится в тёмных вулканических породах Луны.
Измерения серы от Chandrayaan-3 стали первыми измерениями на поверхности Луны. Точное количество этого элемента станет известно когда будет завершён полный анализ данных. Пока что данные, собранные инструментом LIBS на Pragyan, предполагают, что в горных районах Луны около полюсов может быть более высокая концентрация серы, чем в экваториальных областях и, возможно, даже выше, чем в тёмных вулканических почвах.
Измерение количества и распределения серы интересно учёным по крайней мере по двум причинам. Во-первых, эти открытия указывают на то, что в полярных регионах Луны состав может фундаментально различаться по сравнению с горными регионами в экваториальных районах Луны. Эта разница в составе, вероятно, обусловлена различными условиями окружающей среды между двумя регионами — полярные области получают меньше прямого солнечного света.
Источник: NASA / GSFC / Arizona State University
Во-вторых, эти результаты указывают на то, что в полярных регионах есть некоторое количество серы. Сернистые материалы могли образоваться из крайне тонкой лунной атмосферы. Полярные регионы Луны получают меньше прямого солнечного света и, в результате, испытывают крайне низкие температуры по сравнению с остальной частью Луны. Если поверхностная температура падает ниже –73 градусов по Цельсию, то сера из лунной атмосферы может конденсироваться и оседать на поверхности в твёрдой форме. Сера в полярных областях также могла возникнуть из древних вулканических извержений на поверхности Луны или от метеоритов, содержащих серу.
Многие космические агентства задумываются о создании базы на Луне для долговременных космических миссий. Астронавты и роботы смогут перемещаться от базы на Южном полюсе, чтобы собирать, обрабатывать, хранить и использовать материалы, такие как сера на Луне. Использование ресурсов на месте означает меньшее количество полётов на Землю за снабжением и более длительное время, затраченное на исследования. Используя серу в качестве ресурса, астронавты смогут создавать солнечные батареи и аккумуляторы, использовать её в составе удобрений и бетона. Сера в составе бетона имеет преимущества по сравнению с обычным бетоном, используемым при строительстве объектов на Земле. Во-первых, серный бетон затвердевает и становится прочным в течение нескольких часов, а не недель, и он более устойчив к истиранию. Кроме того, для его приготовления не требуется вода, поэтому астронавты могут сберечь воду для питья, производства кислорода и ракетного топлива.
В настоящее время на Луне действует семь миссий, но южный полюс Луны ранее не изучался с поверхности, новые измерения ровера Pragyan помогут планетологам понять геологическую историю Луны. Это также позволит учёным узнать больше о том, как Луна формировалась и эволюционировала.