Учёные NASA обнаружили затенённые места в ямах на Луне, температура в которых всегда колеблется в районе 17 градусов тепла. Обычно же температура на естественном спутнике сильно меняется в течение лунных суток, которые длятся почти 30 земных дней: от плюс 127 градусов днём, до минус 173 — ночью.
Исследователи впервые обнаружили ямы на Луне в 2009 году, и с тех пор учёные задавались вопросом, ведут ли они к пещерам, которые можно исследовать или использовать в качестве укрытий от космических лучей, солнечной радиации и микрометеоритов.
Люди эволюционировали, живя в пещерах, и в пещеры мы могли бы вернуться, когда будем жить на Луне.
Резюме на простом языке
С момента открытия ям на Луне космическим кораблем JAXA SELENE в 2009 году возник интерес к тому, обеспечивают ли они доступ к пещерам, которые могут быть исследованы марсоходами и астронавтами. Эти особенности, вероятно, созданы обрушением потолка лавовой трубы (или, в более общем смысле, пещеры). Используя данные прибора Diviner на борту Lunar Reconnaissance Orbiter, который непрерывно измерял температуру лунной поверхности более 11 лет, мы тщательно охарактеризовали окружающую среду одной выдающейся ямы. Термальная среда ямы, расположенной в Море Спокойствия, более благоприятна по сравнению с любым другим местом на Луне: температура минимально колеблется в пределах комфортных 17°C (или 63°F) везде, где солнце не светит прямо. Если пещера простирается от такой ямы, как эта, она также будет поддерживать эту комфортную температуру по всей своей длине, меняясь менее чем на 1°C в течение всего лунного дня. Хотя мы не можем быть полностью уверены в существовании пещеры посредством удаленных наблюдений, такие особенности откроют дверь для будущих исследований и проживания на Луне: они могут обеспечить укрытие от резких колебаний температуры, присутствующих в других местах на лунной поверхности.
Введение
Ямные кратеры образуются из обрушившихся потолков подповерхностных пустотных пространств, таких как естественные пещеры или лавовые трубы. Лавовая труба и пещера используются в тексте взаимозаменяемо. Ямы обрушения были обнаружены на каждом крупном скалистом теле внутренней части Солнечной системы (Davey et al., 2013; Haruyama et al., 2009; Kerber et al., 2011; Okubo & Martel, 1998; Wyrick et al., 2004). . Однако отчетливые выступы наблюдались только на Земле и Луне. Как правило, они являются результатом структурной нестабильности, вызванной сейсмической активностью, тектоническими изменениями и/или ударами (Okubo & Martel, 1998; Martellato et al., 2013). На Луне имеется 16 подтвержденных образований обрушения, которые потенциально образовались из сетей лавовых труб (Wagner & Robinson, 2014), и многие другие образовались в результате обрушения материала ударного расплава. Первые имеют диаметр от 15 до 150 м, охватывая широты от -36 ° до 45 °, большинство из которых существуют в морях. В нескольких кратерах-ямах на Луне были подтверждены выступы (Wagner & Robinson, 2014), что, естественно, предполагает, что они могут быть отверстиями для сетей лавовых труб.
В то время как лавовые трубки могут быть ответственны за многие из наблюдаемых лунных ям обрушения, доказательства существования неповрежденных пещер ограничены. Предыдущие исследования с использованием гравитационных данных космического корабля Gravity Recovery and Interior Laboratory (GRAIL) и радиолокационных данных лунного радиолокационного зонда (LRS) на борту космического корабля SELENE показали, что яма, расположенная в Marius Hills, может быть частью системы лавовых труб, которая простирается на десятки километров (Chappaz et al., 2017; Kaku et al., 2017). Данные GRAIL показали дефицит массы вдоль борозды, в которой находится яма, а последующие наблюдения с использованием LRS выявили переход между твердым материалом и пустой полостью.
Лунные ямы и их потенциальные пещеры вызвали большой интерес из-за обнажения последовательностей лунных лавовых потоков, а также из-за того, что они могут служить оперативными базами для будущих исследовательских работ (например, Horz, 1985). Слоистые обнажения в стенах ямы указывают на доступную стратиграфию, которую может использовать посадочный модуль или марсоход, чтобы лучше понять вулканизм лунных морей. Возможно, прерывистые дискретные потоки лавы представляют собой интервалы образования реголита, так что определение возраста соседних слоев может дать оценки прошлого притока метеоритов и скорости образования реголита (Kerber et al., 2019). Будущие исследования человека также могут воспользоваться защитой, предлагаемой лунными ямами и пещерами. Внутри этих полостей воздействие космических лучей, солнечной радиации, микрометеоритов и экстремальных температур будет существенно снижено. Их расположение на ближней стороне Луны также имеет потенциальное преимущество прямой связи с Землей.
Мы исследовали тепловые сигнатуры провалов с помощью эксперимента Diviner Lunar Radiometer Experiment на борту лунного разведывательного орбитального аппарата (LRO). В то время как другие размышляли о благоприятной термальной среде ям и пещер, подтверждения не было. Здесь мы представляем измерения и модели Diviner, используемые для ограничения температуры и условий освещения внутри ям и их потенциальных пещер.
Подход и методы
Про Diviner — девятиканальный радиометр с солнечным и инфракрасным спектральными диапазонами вы можете почитать в оригинальной статье (ссылка в 1-м предложении)
А что по результатам
Анализ данных Diviner
Данные Diviner указывают на сильную анизотермию с центром в яме Mare Tranquillitatis (33,221°E 8,334°N) (рис. 1a), вызванную сочетанием теплых и холодных поверхностей в пределах пикселя (рис. S5 и S7 во вспомогательной информации S1). Точно так же еще один усиленный сигнал виден в карьере Mare Ingenii (166,055° в.д., 35,950° ю.ш.) (рис. 1b). Хотя Diviner измеряет разницу всего в 30 К между каналами, истинная разница между температурой ямки и фоном намного выше, поскольку размер ямки составляет лишь часть IFOV детектора. Например, если диаметр ямок составляет ~100 м, то ямки составляют максимум ~20% IFOV детектора на самых низких высотах космического корабля, по которым доступны данные (~40 км).
Мы использовали вычислительные тепловые модели, чтобы понять, какие геометрические формы и материалы лучше всего воспроизводят измеренные температуры. На основе этого анализа мы можем сравнить кривую профиля температуры в ночное время с результатами двухмерных тепловых моделей. Более подробно в оригинале статьи.
Выводы
В карьерах Mare Tranquillitatis и Mare Ingenii находятся одни из самых уникальных термальных сред на Луне. Их геометрия делает лунные ямы эффективными тепловыми ловушками с пиковыми температурами примерно на ∼20 K выше, чем окружающая поверхность в течение дня. Ночные температуры внутри ям также выше примерно на ∼100 K. При согласии между расчетными моделями и измерениями температуры с помощью Diviner мы заключаем, что низкоширотные ямы поддерживают внутреннюю температуру поверхности в ночное время >200 К. Эти особенности также имеют потенциал для размещения пещер с почти постоянной, но относительно мягкой температурой 290 K в течение всего года. Кроме того, яма Tranquillitatis, вероятно, имеет самые высокие дневные температуры на всей лунной поверхности, более 415 K, из-за ее уникального экваториального расположения и цилиндрической геометрии.
Для долгосрочной колонизации и исследования Луны ямы могут стать желаемой средой обитания: они в значительной степени свободны от постоянных угроз вредного излучения, ударов и экстремальных температур. Таким образом, ямы и пещеры могут обеспечить большую безопасность миссии, чем другие потенциальные места расположения базовых станций, обеспечивая ценную ступеньку для поддержания человеческой жизни за пределами Земли.
