Американские геофизики предложили инновационный метод поиска водяного льда, скрытого под поверхностью Луны. Этот ресурс является критически важным для освоения космоса: из него можно добывать воду и кислород для нужд лунных баз, а также производить ракетное топливо. Наличие крупных залежей льда способно кардинально изменить экономику будущих миссий, включая полеты к Марсу и дальнейшее освоение Солнечной системы.
Согласно результатам исследования, опубликованного группой ученых из США, реголит, насыщенный льдом, обладает значительно более высокой жесткостью по сравнению с сухим лунным грунтом. Это физическое свойство приводит к тому, что скорость прохождения сейсмических волн сквозь «ледяные» участки увеличивается в два-три раза. Кроме того, границы подобных залежей способны частично отражать сейсмическую энергию. Анализ этих отражений и временных задержек в приходе сигналов позволит специалистам не только локализовать месторождения, но и с высокой точностью оценивать их объемы.
Для подтверждения своей гипотезы ученые провели серию экспериментов. В качестве аналога лунного реголита они использовали измельченную вулканическую породу из Аризоны. Образцы подвергались глубокому охлаждению в криогенной вакуумной камере. С помощью рентгеновской микротомографии на базе синхротрона исследователи детально изучили, как лед заполняет микроскопические поры грунта и как это влияет на его деформацию при экстремально низких температурах и в условиях вакуума. Полученные данные легли в основу детальной физической модели упругих свойств замерзшего лунного грунта.
На следующем этапе команда объединила лабораторные показатели с актуальными температурными картами южного полюса Луны и компьютерным моделированием сейсмической активности спутника. Температурное картирование помогло определить кратеры, где условия позволяют льду сохраняться на протяжении миллиардов лет. Сейсмические расчеты предсказали, как волны будут вести себя при столкновении с ледяными слоями. На данный момент система способна анализировать структуру грунта на глубине до 800 метров, позволяя различать залежи по их происхождению и плотности.
Практическая реализация метода может опираться на естественные лунотрясения, падения метеоритов или искусственные вибрации, вызванные работой бурового оборудования исследовательских роверов и посадочных модулей. Установка сейсмометров и чувствительных акселерометров позволит получать данные, недоступные для орбитальных спектрометров, которые способны изучать лишь самый верхний слой реголита.
Проверку методики планируют провести в районе южного полюса Луны, где сосредоточены постоянно затененные кратеры — наиболее перспективные «склады» водяного льда. Кроме того, изучение химического состава летучих веществ в этом регионе поможет пролить свет на историю появления воды во внутренней части Солнечной системы.
Стоит отметить, что первые современные сейсмические датчики будут доставлены на поверхность спутника в ходе китайской миссии «Чанъэ-7» уже до конца текущего года. В дальнейшем, после высадки астронавтов, запланированной на 2028 год и последующий период, установка более совершенного сейсмического оборудования станет приоритетной задачей для развития инфраструктуры лунных баз.
