Аппарат «Прагьян» отправили «в спячку» на время лунной ночи. Перед этим он передал на Землю данные о химическом составе реголита, полученные бортовыми приборами. Что удалось обнаружить и почему не случилось сенсации
Впервые на южном полюсе Луны
Модуль «Викрам» впервые в истории космонавтики совершил мягкую посадку в районе южного полюса Луны 23 августа. На следующий день от него отделился колесный луноход «Прагьян», что в переводе означает «познание», и приступил к исследованию лунной поверхности.
Место посадки расположено на 69-й широте в 600 километрах от южного полюса, между кратерами Манцини и Симпелий. Это ровная мало каменистая площадка без резких перепадов рельефа. Примерно в том же районе планировали один из запасных аэродромов для российской станции «Луна-25».
Луноход «Прагьян» — шестиколесная машина весом 26 килограммов, развивающая скорость 36 километров в час. На борту установлены камеры и два научных прибора. Питается ровер от солнечных батарей.
За отведенные две недели ровер проехал более ста метров и вернулся обратно. В одну из поездок он успешно обнаружил впереди себя четырехметровый кратер и развернулся, выбрав более безопасный путь. Камеры зафиксировали окружающую поверхность и собственный посадочный модуль, а бортовые приборы провели измерения.
Что умеет индийский ровер
Одна из главных задач индийского лунохода — исследовать состав лунного грунта, или реголита. Для этого на борту установлены два спектрометра. Первый использует метод лазерно-искровой эмиссионной спектрометрии (Laser-Induced Breakdown Spectroscopy, или LIBS), второй представляет собой рентгеновский спектрометр альфа-частиц (Alpha Particle X-ray Spectrometer, или APXS). В обоих случаях грунт анализируют на месте, без отбора образцов, при помощи бомбардировки пучками заряженных частиц. Оба прибора созданы в лаборатории оптико-электронных систем в Бангалоре в Индийской организации космических исследований (ISRO).
LIBS стреляет наносекундным мощным лазерным лучом в землю. В точке, которой он коснулся, частицы грунта буквально испаряются, минералы и крупные молекулы распадаются, образуя облако светящейся плазмы. Оптический блок собирает этот свет и передает в спектрограф, который анализирует сигнал и записывает данные.
В плазме химические элементы находятся в виде ионов, изучающих характерные только для них спектры. Именно по ним определяют состав, а по их интенсивности оценивают относительную концентрацию. Приборы LIBS хорошо зарекомендовали себя в геологии, археологии, металлургии и других областях. Этот инструмент есть у ровера NASA «Кьюриосити» на Марсе. Индийский LIBS изначально разработали для миссии «Чандраян-2», потерпевшей крушение в 2019 году.
Спектрометр APXS бомбардирует участок поверхности альфа-частицами и рентгеновскими лучами, что порождает ответную реакцию. В отличие от LIBS, он собирает не оптическое, а рентгеновское излучение, испускаемое возбужденными атомами.
Бомбардировку альфа-частицами использовали в лунных миссиях при анализе грунта на месте начиная с конца 1960-х. Затем после долгого перерыва в изучении Луны APXS успешно собирал данные на борту ровера «Юйту» китайской миссии «Чанъэ-3» в Море Дождей в декабре 2013-го. Прибор установлен в трех поколениях марсоходов NASA, начиная с ровера «Соджорнер», проработавшего на Красной планете несколько месяцев в 1997-м. Он был на борту британского лунохода «Бигль-2», доставленного на Марс в 2003 году, но так и не вышедшего на связь.
Загадки лунного грунта
О первых экспериментах по изучению реголита ISRO сообщила 27 августа. Прибор ChaSTE на борту посадочного модуля отправил на Землю первые замеры температуры. Они получены десятисантиметровым щупом, на котором установлены десять датчиков температуры. На графике показан довольно большой разброс — от десяти градусов Цельсия на глубине восьми сантиметров до около 50 градусов на поверхности. Такая разница удивила даже инженеров ISRO.
«Я объясняю это так. Посадочное устройство на четырех ногах. Из его днища выдвигается щуп, который внедряется в грунт и измеряет температуру. Это место освещается Солнцем, грунт нагревается. В обычных условиях тепло уходило бы в космос, но теперь ему мешает сверху днище модуля. Это могло повысить температуру поверхности. Возможно, сыграли роль какие-то особенности местности. Например, станция села в небольшой кратер», — говорит главный научный сотрудник лаборатории сравнительной планетологии ГЕОХИ РАН Александр Базилевский.
По словам ученого, следует доверять измерениям радара Diviner на борту орбитальной обсерватории NASA LRO. По этим данным, лунным днем поверхность в регионе нагрета примерно до 20-30 градусов. Правда, и пространственное разрешение гораздо больше — 200 метров.
Быстрое снижение температуры грунта с глубиной подтверждает гипотезу о том, что где-то внизу залегает вечная мерзлота. Однако индийская миссия не сможет ее обнаружить, поскольку ни посадочный модуль, ни ровер не оборудованы приборами для отбора образцов с глубины. Они получают данные только с поверхностного слоя пыли.
Согласно предварительному анализу данных от LIBS, в реголите найдены алюминий, сера, титан, кальций, железо, хром. С помощью APXS также установили присутствие более легких элементов — магния, кремния, кислорода.
Не обошлось без интриги. Как сообщает ISRO, ровер однозначно подтвердил присутствие серы в районе южного полюса, что не удавалось сделать с орбиты. Кроме того, на опубликованном графике спектров с прибора LIBS виден пик содержания серы. Правда, измерения даны в относительных единицах, истинная концентрация неизвестна.
«Сера на Луне находится в виде сульфидов, прежде всего минерала троилита FeS, ее немного — порядка 0,1 процента. Должно быть много алюминия, это материковый район, там распространены полевые шпаты, близкие к анортиту. То, что (по данным ISRO. — Прим. ред.) серы много, удивительно», — отмечает Александр Базилевский. Он предполагает, что при измерении прибор мог случайно попасть в скопление сульфидов.
«Это материковое место, по-английски — highlands, там должны быть преимущественно анортозитовые породы, существенно обогащенные алюминием и кальцием. Скальные породы расположены на глубине нескольких метров. В отличие от лунных морей, где скальные породы — это базальты, сильно потресканные ударами метеоритов, на материках под грунтом идут брекчии, то есть горные породы, разбитые крупными ударами, неоднократно переработанные три с половиной — четыре миллиарда лет назад. Брекчии могут быть очень крепкими, если их сцементировал ударный расплав, или не очень, если они скреплены обломочным материалом», — продолжает планетолог.
Еще одна особенность реголита — обогащенность более тяжелыми изотопами, связанная с многократной переработкой грунта от ударов метеоритов. «В этом случае происходит испарение в точке удара, более легкий изотоп быстрее улетает в космос. Изотопный состав ряда элементов в лунном грунте сдвинут в сторону более тяжелых. И не только изотопный. В лунном грунте, к примеру, будет меньше натрия, чем в подстилающей породе», — добавляет исследователь.
Водород — маркер воды или водяного льда — индийские приборы пока не обнаружили. И большой вопрос, удастся ли его выявить.
«Вода и другие соединения водорода на поверхности с первыми лучами Солнца должны испаряться и улетать. Водяной лед будет на глубине десятков сантиметров, что подтверждено ударными экспериментами. Его видит отечественный нейтронный спектрометр LEND, разработанный в ИКИ РАН», — говорит ученый. Он уточняет, что чувствительность нейтронного спектрометра выше, так как он проникает на глубину до двух метров.
«Я думаю, что «Чандраян-3» ни воды, ни льда не найдет. Потому что они на глубине. Это сможет сделать такой аппарат, как «Луна-25», у которого есть ковш. Так что придется повторять миссию. А следом запускать «Луну-27» с бурильной установкой и «Луну-28″, которая вернет замороженный керн на Землю. Ждать осталось три-четыре года», — заключает Александр Базилевский.
Сейчас аппараты индийской миссии выключены на время лунной ночи, которая длится две недели. Перед «сном» ровер «Прагьян» выполнил трюк по отрыву от поверхности, проще говоря, подпрыгнул вверх на 40 сантиметров и мягко прилунился обратно. Как пояснили в ISRO, эксперимент необходим для отработки будущих миссий с доставкой лунного грунта на Землю и пилотируемых полетов на Луну.
