Опубликовано в Российской газете 22 октября 1999 г.
31 июля 1999 года космический аппарат "Лунар Проспектор" Национального агентства США по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA) на большой скорости врезался в лунную поверхность. Но это была не катастрофа. Обрушив 160-килограммовый зонд на дно кратера вблизи южного полюса Луны, американские ученые рассчитывали получить недвусмысленное доказательство существования на нашем естественном спутнике залежей одного из самых ценных минералов Солнечной системы -- водяного льда.
Но позвольте, откуда же на Луне лед? Даже лунные моря, и те образованы не водой, а растекшейся и застывшей лавой. И все-таки в наличии на нашем спутнике льда нет ничего неожиданного. Вода во Вселенной вообще вещество весьма распространенное. В Солнечной системе основным ее "переносчиком" считаются кометы. Земля в годы, точнее, миллионолетья своей юности подвергалась интенсивной кометной бомбардировке, которой, как считают некоторые ученые, мы частично обязаны собственными водяными запасами. Бомбардировка не миновала и Луну. Многочисленные кометы рассыпали по ее поверхности осколки ледяных ядер, но наш спутник, лишенный атмосферного покрова, не мог долго хранить это сокровище. Солнце прогревает лунную поверхность до 130 градусов С, поэтому весь лед, попадавший на Луну при очередном столкновении, испарялся вскоре после наступления утра. Но есть вблизи лунных полюсов глубокие кратеры, в которые Солнце никогда не заглядывает и где температура не поднимается выше ~170 градусов С. Вот там, в вечном космическом холоде, и могли сформироваться мощные ледяные пласты.
Но произошло ли это на самом деле? Ответ на этот вопрос имеет как научное, так и практическое значение. С одной стороны, прямое свидетельство кометной бомбардировки было бы весьма полезно для подтверждения или опровержения различных теорий образования Солнечной системы. С другой стороны, значительные запасы воды существенно облегчили бы организацию будущих лунных поселений.
Поиски воды на Луне имеют долгую историю. В 1961 году американские астрономы Кеннет Ватсон, Брюс Мюррей и Харрисон Браун впервые высказали мысль, что в вечной тени на дне некоторых лунных кратеров достаточно холодно, чтобы лед из кометных ядер мог пролежать там, не испаряясь, миллиарды лет. В 1979 году их соотечественник Джеймс Арнольд подсчитал, что речь идет не просто о нескольких ледяных глыбах, но о миллиардах тонн воды.
В 1994 году к Луне отправился космический зонд Министерства обороны США и NASA "Клементина", в программу полета которого входило испытание различных приборов. Уже после запуска аппарата одному из сотрудников проекта пришла в голову мысль, что с помощью радара "Клементины" можно попробовать заглянуть в один из темных полярных кратеров. К сожалению, благоприятные условия для радиолокации лунных полюсов сложились лишь однажды, но во время этого единственного наблюдения сигнал действительно отразился от дна некоторых кратеров так, словно путь ему преградила не каменистая, а ледяная поверхность. И это были те самые вечно темные кратеры, в которых только и можно было ожидать такого сигнала!
Открытие не сразу стало достоянием общественности: хотя первые намеки в печати прозвучали уже летом 1994 года, лишь 3 декабря 1996 года в Пентагоне состоялась пресс-конференция, на которой ученые сообщили, что да, луч радара, вероятно, отразился ото льда. Нельзя сказать, что в научной среде это заявление встретило единодушную поддержку. С одной стороны, если лед может сохраниться на дне глубоких кратеров, почему бы ему действительно там не оказаться? С другой стороны, нельзя делать серьезные выводы, имея в активе единственное наблюдение. К тому же, за год до "Клементины" радиолокация Луны проводилась на гигантском радиотелескопе в Аресибо (Пуэрто-Рико). Тогда точно такой же "водяной" сигнал приходил из кратеров в солнечных районах Луны, где воды заведомо быть не может...
Дальнейшее исследование проблемы лунного льда выпало на долю космического зонда "Лунар Проспектор" (NASA). Он покинул Землю 6 января 1998 года и уже через 4 дня вышел на окололунную орбиту. На его борту среди прочих приборов был установлен нейтронный спектрометр, специально предназначенный для поиска воды. И уже через два месяца после начала миссии ученые объявили о результатах: есть первый лунный лед! На пресс-конференции 5 марта 1998 года специалисты NASA рассказали о том, что кратеры вблизи обоих полюсов содержат от 10 до 300 млн. тонн водяного льда, правда, в виде мелкой крошки, перемешанной с лунным грунтом -- реголитом -- в отношении приблизительно один к ста. Из предварительных данных получалось, что водно-пылевая смесь покрывает от 5 до 20 тыс. кв. км на южном полюсе и 10-50 тыс. кв. км. -- на северном.
Естественно, добывать такую воду совсем не интересно. Ежедневная потребность человека в воде -- около 200 литров. Это означает, что для одного человека каждый день нужно просеивать не меньше 20 тонн грунта. Однако прошло полгода, и 4 сентября в американском журнале Science появились более оптимистические оценки: в приполярных районах Луны под 40-сантиметровым слоем реголита погребен чистый лед, полная масса которого на обоих полюсах может достигать 6 млрд. тонн. Казалось, что все точки над i расставлены, вода на Луне есть, причем с разработкой месторождений никаких трудностей не возникнет: снимай верхний слой грунта и доставай лед в нужных количествах.
Но сомнениям в науке место есть всегда. Беда в том, что нейтронный спектроскоп, если говорить честно, измеряет содержание не воды, а водорода. Конечно, водород (как следует из его названия) -- составная часть воды, но это еще не повод ставить между ними знак равенства. Первооткрыватели же лунного льда делали это неоднократно, на что им резонно возражали, что обнаруженный ими водород вовсе необязательно входит в состав воды. Что если это водород из молекул другого вещества или просто водород, сам по себе? Хорошо, отвечали первооткрыватели, но тогда почему мы наблюдаем сигнал только в глубоких, никогда не освещаемых Солнцем кратерах? Действительно, только для водяного льда удается примирить три фактора -- место (темные кратеры), внешние проявления (признаки водорода) и теорию происхождения (лед, принесенный кометами). И все-таки сомнение остается...
Чтобы разрешить его, зимой этого года "Лунар Проспектор" перешел с прежней 100-километровой орбиты на более низкую, проходящую всего в десятке км над лунной поверхностью. Ученые рассчитывали, наблюдая лунные полюса с небольшого расстояния, получить более четкие свидетельства существования воды, но преуспели, к сожалению, лишь в одном: доказали, что лед если и присутствует на Луне, то все-таки не в виде отдельных глыб, а в виде ледяной крошки, как следовало из первых результатов "Проспектора". К тому же, по новейшим данным его оказалось не 6 млрд., а всего 260 млн. тонн: 200 на южном полюсе и 60 на северном.
И тогда команда "Проспектора" приняла решение: поскольку аппарат все равно уже почти выработал свой ресурс, можно попробовать провести прямой эксперимент -- обрушить его в один из подозрительных кратеров в надежде, что в облаке поднявшейся пыли удастся-таки заметить этот упрямый лед. В NASA против такого завершения миссии не возражали, и судьба аппарата была решена.
В 8 часов 17 минут по Всемирному времени (11:17 по московскому) 31 июля на "Лунар Проспектор" была отправлена последняя последовательность команд. Повинуясь ей, аппарат включил двигатели и сошел с круговой орбиты, поднявшись над лунной поверхностью.
В 9 часов связь с зондом была потеряна: он скрылся за Луной, где ему предстояло провести последние 52 минуты своей жизни. В этом, к сожалению, заключался один из недостатков эксперимента: за возможность направить "Проспектор" в наиболее подозрительный кратер (сигнал из него был особенно силен) и за максимально благоприятные условия наблюдений места падения с Земли пришлось заплатить невозможностью управлять аппаратом непосредственно перед падением. Итак, "Проспектор" облетел вокруг Луны, постепенно приближаясь к ее поверхности, и на скорости 1,7 км/с врезался в кромку небольшого кратера вблизи лунного полюса. По оценкам специалистов, при столкновении он должен был испарить около 18 кг льда, который можно было бы заметить с Земли.
В 9 часов 52 минуты на южную границу лунного диска смотрели лучшие астрономические силы Земли: два космических телескопа, крупные американские обсерватории (из России Луна в этот момент была не видна) и множество астрономов-любителей, которых администрация NASA пригласила к сотрудничеству. Но увы -- ни облака водяного пара, ни выброса пыли заметить никому не удалось. Тщательнейшее изучение данных всех наблюдений продолжалось почти два с половиной месяца, и 13 октября ученые наконец решились вынести окончательный вердикт: в предполагаемом месте падения "Проспектора" не только не удалось обнаружить никаких следов воды, больше того, не замечено никаких признаков того, что падение действительно состоялось! Строго говоря, единственное доказательство того, что "Проспектор" упал на Луну, заключается в том, что аппарат больше не выходил на связь.
Ученые NASA не считают это поводом для разочарования. С самого начала они понимали, что шансы эксперимента на успех не превышают 10%. "Проспектор" мог не попасть в кратер или попасть в неподходящее место кратера, например, в глубокую расщелину. Карта предполагаемого района падения "Проспектора" построена с большими ошибками, поскольку наблюдать приполярные области Луны с Земли очень сложно. Кроме того, кратер-мишень довольно глубок (несколько километров), и облако водяного пара могло из него просто не выбраться. Конечно, нельзя забывать и более существенную причину (хотя в сообщении NASA от 13 октября она и не стоит на первом месте): может статься, воды на Луне все-таки нет, а водородный сигнал имеет какое-то другое происхождение.
Вот так пока и заканчивается история лунной воды. Можно, конечно, спросить: а много ли нам, землянам, в ней корысти? Много, если мы намереваемся в конце концов колонизировать Луну, а шаг этот кажется естественным при условии, что человечество не свернет с избранного им технологического пути эволюции. Главное же препятствие на пути к заселению Луны заключается в том, что на ней отсутствуют три совершенно необходимых человеку вещи -- кислород, вода и топливо. Конечно, можно возить все это с собой, но тогда вся затея практически теряет смысл. Если каждая лунная экспедиция будет брать с собой цистерну воды, она вряд ли сможет захватить что-то еще. Месторождения льда на Луне полностью решили бы эту проблему: эту воду можно было бы не только просто пить, но и разлагать с помощью электричества на составные части -- кислород и водород, -- которые обеспечат космонавтов воздухом, а их средства передвижения -- горючим.
Луна -- ближайшее к нам крупное небесное тело -- удобна со многих точек зрения. Уже давно обсуждается возможность использования ее для захоронения радиоактивных отходов, но это вряд ли можно назвать освоением. Более реальной кажется передача лунным станциям (автоматическим или обитаемым) некоторых функций, сейчас выполняемых искусственными спутниками Земли, которые обладают одним существенным недостатком: их очень трудно, а в подавляющем большинстве случаев и просто невозможно обслуживать. Вышедший из строя спутник -- это выброшенные в космос сотни миллионов долларов, утраченные возможности и источник потенциальной опасности для других космических аппаратов. Если те же приборы установить на лунной поверхности, их можно будет при необходимости ремонтировать, перенастраивать или модернизировать, особенно при наличии небольшого поселка с обслуживающим персоналом. В более отдаленной перспективе можно представить себе расположенные на Луне высокотехнологичные и/или опасные предприятия и экспериментальные установки, астрономические обсерватории, стартовые площадки для межпланетных перелетов (пока межпланетные зонды стартуют с Земли, что сильно ограничивает их возможности). Конечно, это все дела не ближайшего десятилетия, но почему не начать готовиться к ним уже сейчас?