С приближением новой эры лунных экспедиций научное сообщество всё настойчивее обращает внимание на потенциальные риски, сопряжённые с активным освоением спутника Земли. Согласно недавно опубликованному исследованию, последствия посадок космических аппаратов могут оказаться куда более масштабными, нежели простое оставление следов. Учёные выяснили, что метан, являющийся распространённым компонентом выхлопов ракетных двигателей, способен с поразительной скоростью распространяться по лунной поверхности, угрожая загрязнением тех регионов, где, возможно, сохранились древнейшие химические свидетельства зарождения жизни на нашей планете.
Результаты моделирования демонстрируют, что даже высадка в районе южного полюса Луны может спровоцировать «миграцию» молекул метана через всю поверхность вплоть до северного полюса, причём весь этот путь они способны преодолеть менее чем за два лунных дня. Поскольку всё больше государственных космических агентств, частных компаний и неправительственных организаций анонсируют собственные миссии к Луне, исследователи подчёркивают насущную необходимость осознания того факта, что сама исследовательская деятельность способна поставить под угрозу будущие научные изыскания.
Данная работа была опубликована в авторитетном научном издании Journal of Geophysical Research: Planets, специализирующемся на планетарных науках. Как отметил Сильвио Синибальди, офицер по планетарной защите Европейского космического агентства и старший автор исследования, ключевая задача — «защитить науку и наши инвестиции в космос». По его словам, Луна представляет собой уникальную возможность для изучения ранних этапов эволюции Солнечной системы, однако парадоксальным образом «наша деятельность может фактически препятствовать современным исследованиям».
Древний лунный лёд может сохранить ключи к жизни
Вблизи полюсов Луны расположены области, которые никогда не освещаются солнечными лучами — так называемые постоянно затенённые регионы. В этой замороженной среде содержится лёд, который, по всей видимости, был захвачен ещё миллиарды лет назад из материала, доставленного кометами и астероидами. Учёные выдвигают гипотезу, что эти отложения могут включать в себя «пребиотические органические молекулы» — те самые химические ингредиенты, которые в конечном счёте могли соединиться, образовав первые строительные блоки жизни, включая ДНК. Если исследователям удастся изучить эти молекулы в их первозданном состоянии, они смогут получить бесценные сведения о том, как жизнь впервые возникла на Земле.
«Мы знаем, что в Солнечной системе присутствуют органические молекулы — например, на астероидах, — пояснил Синибальди. — Но то, как они стали выполнять операторные функции, присущие биологической материи, — это пробел, который нам необходимо заполнить». Постоянно меняющаяся поверхность Земли, по всей вероятности, стёрла большую часть этих древних свидетельств. В отличие от неё, отдельные участки Луны практически не изменялись на протяжении миллиардов лет, что делает их своего рода резервуаром ранней истории Солнечной системы. Постоянно затенённые области представляют особую ценность из-за их экстремально низких температур, позволяющих улавливать и сохранять молекулы. Однако те же самые холодные ловушки могут с равным успехом аккумулировать и органические соединения, выбрасываемые прибывающими космическими аппаратами, тем самым необратимо загрязняя тот самый первозданный материал, который учёные стремятся изучить.
Компьютерное моделирование отслеживает метан воздушного корабля
Столкнувшись с этой проблемой, Синибальди и ведущий автор исследования Франциска Пайва, физик из Instituto Superior Técnico, разработали детальную компьютерную модель, взяв за основу параметры миссии европейского аппарата «Аргонавт». Команда смоделировала процесс распространения метана — крупного органического соединения, образующегося при сгорании топлива «Аргонавта», — в окрестностях места его предполагаемой посадки на Южном полюсе Луны. В то время как предыдущие исследования фокусировались на массовом движении молекул воды на спутнике, данная работа стала первой, в которой моделируется поведение такой органической молекулы, как метан. Моделирование также учитывало воздействие солнечного ветра и ультрафиолетового излучения.
«Мы пытались смоделировать тысячи молекул, отслеживая их движение, столкновения друг с другом и взаимодействие с поверхностью, — рассказала Пайва, которая во время проведения исследования была студенткой магистратуры Лёвенского университета и стажёром в Европейском космическом агентстве. — Это потребовало огромной вычислительной мощности. Именно поэтому каждая симуляция занимала у нас несколько дней или даже недель».
Метан может распространяться по Луне за несколько дней
Моделирование показало, что метан достигает Северного полюса менее чем за два лунных дня. За семь лунных дней (почти 7 месяцев на Земле) более половины всего выброшенного метана оказалось «в ловушке холода». в постоянно холодных полярных регионах, при этом 42% концентрируется на Южном полюсе и 12% на Северном полюсе.
«Сроки стали самым большим сюрпризом», — сказал он. — сказал Синибальди. «За неделю молекулы могут распространяться от Юга до Северного полюса».
Быстрое распространение, возможно, потому, что на Луне почти нет атмосферы. Без молекул воздуха, замедляющих свое движение, молекулы метана свободно движутся под воздействием силы тяжести, подпрыгивая по поверхности, пока солнечный свет заряжает их энергию, а более низкая температура ограничивает их скорость.
«Их траекторий в основном баллистических», — сказал он. — сказал Пайва. «Они просто скачают из одной точки в другую».
По словам Пайвы, это означает, что абсолютно безопасного места приземления не существует. «Мы видим, что молекулы могут путешествовать по Луне. В конце концов, где бы вы ни приземлились, повсюду будет загрязнение».
Защита будущей лунной науки
Исследователи указывают, что загрязнение не обязательно неизбежно. Пайва сказал, что более холодные места посадки могут помочь сохранить молекулы выхлопного газа более локализованными, чем более теплые регионы. Синибальди также планирует выяснить, есть ли основные молекулы выхлопного газа только на поверхности льда, что приводит к включению более глубокого нетронутого материала и все еще пригодного для научных исследований.
Оба исследователя подчеркивают, что компьютерное моделирование необходимо обеспечить посредством дополнительных исследований и проведения измерений во время будущих лунных миссий.
«Я хочу обсудить это с миссионерскими командами, потому что, в конце концов, это не теория — это реальность, и мы собираемся туда поехать», — сказал он. — сказал Синибальди. «Мы упустим возможность, если у нас не будет инструментов для проверки этих моделей».
Также необходимо изучить, могут ли материалы, помимо метана, соединения, популярные из компонентов космических кораблей, таких как краска и резина, загрязнять важные вещества с точки зрения научного наблюдения лунных объектов.
«У нас есть законы, регулирующие загрязнение окружающей среды Земли, такие как Антарктида и кризисные парки», — сказал он. сказала она. «Я думаю, что Луна — это такая же ценная среда, как и они».
Исследование опубликовано в Journal of Geophysical Research: Planets , журнал AGU.