У дослідженні, опублікованому в Science Advances, геологи з Університету Меріленду, Національної лабораторії імені Лоуренса Берклі та Гавайського університету описали спосіб, який дає змогу знаходити прихований лід під місячною поверхнею. Йдеться про аналіз того, як сейсмічні хвилі поводяться в різних шарах ґрунту, коли проходять крізь них. Дослідники перевірили цю ідею на кількох моделях і спостереженнях.
Сейсмічні хвилі – це вібрації, які поширюються під час землетрусів або місяцетрусів. Саме їхні зміни можуть показати, де під поверхнею є щільніші або крихкіші ділянки, а де – поклади льоду. За словами вчених, такий підхід може допомогти точніше окреслити зони, де лід ховається глибше, ніж може "побачити" орбітальна апаратура.
Як лід змінює рух сейсмічних хвиль?
Супутники на орбіті здатні досліджувати Місяць, але їхні спостереження здебільшого обмежуються наймілкішим шаром ґрунту. Деякі поклади можуть лежати значно глибше, і саме там сейсмічні вимірювання дають чіткішу картину.
Принцип, який описали дослідники, базується на різниці між сухим і замороженим ґрунтом. Лід робить матеріал навколо себе жорсткішим, тож сейсмічні вібрації поширюються у два-три рази швидше, ніж крізь сухий ґрунт. Багаті на лід ділянки також можуть відбивати частину енергії замість того, щоб пропускати її далі, створюючи ефект, схожий на відлуння.
Ми можемо використовувати сейсмічні хвилі не лише для того, щоб побачити, чи є там лід, але й для того, щоб приблизно визначити, скільки його там,
– розповів Ніколас Шмерр, доцент кафедри геологічних, екологічних та планетарних наук Університету Меріленду.
Як дослідники перевірили свою ідею?
Команда перевірила метод трьома взаємодоповнюючими способами. Провідний автор Гаррісон Лізабет почав із вулканічної породи з Аризони, яка в подрібненому стані дуже схожа на місячний пил. Матеріал заморозили, а потім за допомогою рентгенівських променів стежили, як лід накопичується в мікроскопічних порожнинах між зернами.
Співавтор Метью Зіглер створив детальні температурні моделі південного полярного регіону Місяця. Вони допомогли визначити кратери, які могли залишатися достатньо холодними, щоб зберігати лід мільярди років. Тим часом Ніколас Шмерр змоделював невеликі місяцетруси, що проходять крізь поклади прихованого льоду. У всіх трьох тестах присутність льоду давала чіткі та вимірювані зміни в сейсмічних сигналах.
Вкрай важливо ідентифікувати будь-які матеріали на Місяці, якими астронавт зможе скористатися під час перебування там,
– сказав Ніколас Шмерр.
Що може розповісти місячний лід про минуле Сонячної системи?
Лід на Місяці може бути важливим не лише як ресурс для майбутніх місій. Постійно затінені кратери здатні вловлювати та зберігати леткі речовини, зокрема воду, майже без змін протягом величезних проміжків часу.
Оскільки вік деяких місячних порід становить близько чотирьох мільярдів років, лід, затиснутий між ними, може зберігати сліди ранньої історії Сонячної системи. Вивчення таких покладів допоможе дослідникам зрозуміти, як вода потрапила на внутрішні планети.
Місяць був свідком деяких із найважливіших етапів ранньої Сонячної системи, включаючи те, як була доставлена вода,
– зауважив дослідник.
Які місії можуть перевірити метод найближчим часом?
Перші шанси перевірити прогнозовані сейсмічні патерни можуть з’явитися вже найближчими роками. Очікується, що китайська місія Chang'e-7 приземлиться біля кратера Шеклтон наприкінці 2026 року з сейсмометром на борту. Поруч розташовано кілька ймовірних покладів льоду.
Астронавти NASA в межах програми Artemis можуть зробити це у 2028 році, розгорнувши Станцію моніторингу місячного середовища, або LEMS, – інструмент для сейсмічної розвідки. Дані з цих приладів мають показати, чи справді природні місячні вібрації виявляють прихований лід так, як очікують дослідники.
Мумер додав, що ці результати закладають основу для спостережень, які вчені зможуть отримати у найближчі кілька років. Ще ніхто фізично не вимірював лід на Місяці, але тепер є прогноз щодо того, на що слід звертати увагу.