В этом году НАСА планирует посадить роботизированную буровую машину на Луну под названием Polar Resources Ice Mining Experiment 1 или PRIME 1. Место посадки: кратер по имени Шеклтон, расположенный почти точно на южном полюсе Луны.
Это не первый раз, когда кратер Шеклтон находится в центре внимания исследователей. В дополнение к новой миссии по бурению кратер Шеклтон был исследован с орбиты Лунным орбитальным аппаратом НАСА 4, Клементиной, а также лунным разведчиком и лунным разведывательным орбитальными аппаратами. Японский орбитальный аппарат SELENE и Chandrayaan 1 из Индии также исследовали кратер. В целом, кратер Шеклтон был исследован камерами, поражен радаром, обнюхан датчиками и даже физически — все это в постоянных научных усилиях по изучению его секретов.
Но почему? С Луной, где живут миллионы и миллионы кратеров, размером от огромного (бассейн Имбриума, в который текла лава, чтобы сделать Mare Imbrium) до крошечного (микрометеоритные ямы на скалах), почему Шеклтон должен быть выделен для всего этого внимания? Ответ многогранен, но сводится к двум важным особенностям: постоянному свету и постоянной темноте. Оба атрибута могут иметь последствия для будущих исследований человека — и НАСА серьезно рассматривает область вокруг кратера Шеклтон как возможную посадочную площадку для будущих посадок людей, которые являются целью его программы Artemis.
Уникальное освещение
Если вы когда-либо посещали далекие северные или южные регионы Земли, вы не понаслышке понимаете уникальные условия освещения полярных регионов в определенные части года. Например, места за Полярным кругом испытывают 24-часовой солнечный свет летом и 24-часовую темноту зимой, а на юге ситуация обратная. Высокие широты и сезонные эффекты осевого наклона Земли 23,5° ответственны за эти крайности.
Ситуация на Луне несколько иная. Поскольку осевой наклон Луны составляет всего 1,5°, сезонные изменения минимальны. Это означает, что пики на лунных полюсах могут испытывать почти постоянный дневной свет, в то время как ямы могут вообще никогда не видеть Солнца, оставаясь в постоянной тени.
Кратер Шеклтон предлагает обе эти крайности в одном месте: части края кратера остаются в почти круглогодичном солнечном свете, в то время как дно кратера постоянно темное.
Лед в тени
Так почему же постоянная темнота на Луне так важна? Одним словом: лед. Луна — это место, в котором практически нет атмосферы и жидкой воды, поэтому посещающие астронавты должны взять с собой все свои расходные материалы-тяжелое и, следовательно, дорогое предприятие.
Но беспилотные космические аппараты предоставили хорошие доказательства залежей льда в затененном интерьере Шеклтона — сохранились от испарения благодаря чрезвычайно низким температурам там. С точки зрения исследования человеком значительное количество лунного льда представляет собой несколько преимуществ:
Кислород, чтобы дышать. Довольно простая химическая реакция с электрическим приводом, называемая электролизом, может разделить молекулу воды (H2o) на кислород и водород. Собирая лед, плавя его и извлекая молекулы кислорода, астронавты могли бы создать свой собственный воздух.
Топливо. И наоборот, астронавты могли бы использовать атомы водорода, выделяющиеся во время электролиза, в качестве источника топлива, в качестве ракетного топлива или просто транспортировки по лунной поверхности.
Вода для питья. Конечно, кажется странным думать, но если лунный лед присутствует в легкодоступных количествах, будущие астронавты могут растопить его для основных потребностей человека, таких как питье, приготовление пищи и стирка.
Солнечный свет
Солнечный свет также важен для электричества, которое он может обеспечить. Исследование космоса требует электрической энергии, и хотя мы можем принести эту энергию с Земли, предпочтительнее генерировать ее на месте с помощью солнечных панелей (как на Международной космической станции).
Постоянная мощность. В кратере Шеклтон у экипажа исследователей-людей будет фантастическая возможность собирать постоянный солнечный свет, круглосуточно преобразуя солнечную энергию в электричество. Создание начальной инфраструктуры может представлять собой проблему, но однажды построенные солнечные панели, расположенные вдоль края кратера Шеклтон, легко будут генерировать электроэнергию для растущей лунной базы. Солнечные панели в этой ситуации были бы даже более эффективными, чем на Земле, благодаря постоянно чистому лунному небу.
Физические свойства
Изучение кратера Шеклтон было бы драматическим опытом из-за его огромных размеров и великолепия. Астронавты Аполлона, безусловно, исследовали некоторые удивительные ландшафты, такие как Хэдли Рилл и склоны конусного кратера. Шеклтон, несомненно, предложит еще более потрясающий вид.
Дуг Кук, бывший заместитель помощника администратора Управления миссий НАСА по исследовательским системам, сказал: «Южный полюс Луны, безусловно, был бы прекрасным местом для изучения. Теперь мы знаем, что на южном полюсе есть пики высотой с гору Маккинли, а кратер в два с половиной раза глубже, чем Гранд-Каньон”.
Шеклтон необычайно глубок для своего размера, простираясь на 4 км вниз и 21 км в поперечнике. Это конусообразный кратер со стенами, которые наклоняются примерно на 30°, усеченными внизу ровным полом. Его центральный пик составляет около 200 метров (650 футов) в высоту. В то время как меньшие кратеры прокалывают стены Шеклтона, в остальном они довольно плоские. Астронавтам было бы непросто исследовать интерьер кратера в поисках льда на темном склоне.
Вывод о наличии льда в этом кратере с орбиты был чем-то вроде искусства, а также науки, и ученые интерпретировали результаты по-разному. Это одна из причин, по которой НАСА отправляет PRIME 1 на поверхность — чтобы пробурить непосредственно лунный реголит и выполнить конкретную проверку природы льда, который там есть. Доступен ли лед в сыром виде? Или он химически смешан с минералами? Изучение кратера Шеклтон дает возможность получить “наземную правду».
