23 августа 2023 года индийский спускаемый аппарат «Чандраян-3» приземлился в 375 милях (600 км) от южного полюса Луны, что стало важной вехой для лунных ученых всего мира. Менее чем за 14 земных дней «Чандраян-3» предоставил ученым ценные новые данные и вдохновил их на исследование Луны. И Индийская организация космических исследований поделилась этими первоначальными результатами со всем миром. Хотя данные с марсохода «Чандраян-3», названного «Прагьян», что на санскрите означает «мудрость», показали, что лунный грунт содержит ожидаемые элементы, такие как железо, титан, алюминий и кальций, они также показали неожиданный сюрприз — серу. Ученые-планетологи, такие как я, знали, что сера существует в лунных породах и почвах, но только в очень низкой концентрации. Эти новые измерения предполагают, что концентрация серы может быть выше, чем ожидалось. У Прагяна есть два прибора, которые анализируют элементный состав почвы — рентгеновский спектрометр альфа-частиц и спектрометр лазерного пробоя, или сокращенно LIBS. Оба этих прибора измеряли серу в почве возле места приземления.
Сера в почвах вблизи полюсов Луны может однажды помочь астронавтам жить за счет земли, что сделает эти измерения примером науки, которая позволит проводить исследования. На поверхности Луны есть два основных типа горных пород: темная вулканическая порода и более яркая горная порода. Разница в яркости между этими двумя материалами формирует знакомое невооруженному глазу лицо «человека на луне» или изображение «кролика, собирающего рис». Ученые, измеряющие состав лунных пород и почвы в лабораториях на Земле, обнаружили, что материалы из темных вулканических равнин, как правило, содержат больше серы, чем более яркие горные материалы. Сера в основном образуется в результате вулканической деятельности. Камни глубоко на Луне содержат серу, и когда эти камни плавятся, сера становится частью магмы. Когда расплавленная порода приближается к поверхности, большая часть серы в магме превращается в газ, который выделяется вместе с водяным паром и углекислым газом. Некоторая часть серы остается в магме и сохраняется внутри породы после ее охлаждения. Этот процесс объясняет, почему сера в первую очередь связана с темными вулканическими породами Луны.
Измерения содержания серы в почве с помощью Чандраяана-3 — первые, проведенные на Луне. Точное количество серы невозможно определить до завершения калибровки данных. Некалиброванные данные, собранные инструментом LIBS на Прагьяне, позволяют предположить, что высокогорные почвы Луны вблизи полюсов могут иметь более высокую концентрацию серы, чем высокогорные почвы от экватора, и, возможно, даже выше, чем темные вулканические почвы. Эти первоначальные результаты дают ученым-планетологам, таким как я, изучающим Луну, новое понимание того, как она работает как геологическая система. Но нам все равно придется подождать и посмотреть, подтвердят ли полностью откалиброванные данные команды Чандраяан-3 повышенную концентрацию серы. Измерение серы интересно ученым как минимум по двум причинам. Во-первых, эти результаты указывают на то, что высокогорные почвы на лунных полюсах могут иметь принципиально иной состав по сравнению с высокогорными почвами в экваториальных регионах Луны. Эта разница в составе, вероятно, связана с разными условиями окружающей среды между двумя регионами — полюса получают меньше прямого солнечного света.
Во-вторых, эти результаты предполагают, что в полярных регионах серы почему-то больше. Сосредоточенная здесь сера могла образоваться из чрезвычайно тонкой лунной атмосферы. Полярные регионы Луны получают меньше прямого солнечного света и, как следствие, имеют чрезвычайно низкие температуры по сравнению с остальной частью Луны. Если температура поверхности упадет ниже -73 градусов по Цельсию (-99 градусов по Фаренгейту), то сера из лунной атмосферы может собраться на поверхности в твердой форме, как иней на окне. Сера на полюсах могла также возникнуть в результате древних извержений вулканов, происходящих на поверхности Луны, или из метеоритов, содержащих серу, которые ударились о поверхность и испарились при ударе. Для длительных космических миссий многие агентства задумывались о строительстве какой-то базы на Луне. Астронавты и роботы смогут путешествовать с базы на Южном полюсе, чтобы собирать, обрабатывать, хранить и использовать на Луне природные материалы, такие как сера. Эта концепция называется «использованием ресурсов на месте». Использование ресурсов на месте означает меньшее количество поездок на Землю за припасами и больше времени и энергии, затрачиваемых на исследования. Используя серу в качестве ресурса, астронавты могли бы строить солнечные элементы и батареи, использующие серу, смешивать удобрения на основе серы и делать на основе серы бетон для строительства.
Бетон на основе серы на самом деле имеет несколько преимуществ по сравнению с бетоном, обычно используемым в строительных проектах на Земле. Во-первых, бетон на основе серы затвердевает и становится прочным в течение нескольких часов, а не недель, и он более устойчив к износу. Для этого также не требуется вода в смеси, поэтому астронавты могут экономить ценную воду для питья, производства пригодного для дыхания кислорода и изготовления ракетного топлива. Хотя в настоящее время на Луне или вокруг нее работают семь миссий, регион южного полюса Луны ранее не изучался с поверхности, поэтому новые измерения Прагьяна помогут ученым-планетологам понять геологическую историю Луны. Это также позволит ученым-лунам, таким как я, задать новые вопросы о том, как формировалась и развивалась Луна. На данный момент ученые Индийской организации космических исследований заняты обработкой и калибровкой данных. На поверхности Луны Чандраян-3 находится в спячке в течение двухнедельной лунной ночи, когда температура упадет до -184 градусов по Фаренгейту (-120 градусов по Цельсию). Ночь продлится до 22 сентября. Нет никакой гарантии, что спускаемый модуль Чандраяана-3, называемый Викрам или Прагьян, выдержит экстремально низкие температуры, но если Прагьян проснется, ученые могут ожидать более ценных измерений.
