США исследуют новые методы обнаружения лунного льда с помощью синхротронной рентгеновской микротомографии и сейсмических моделей

31 июля исследователи из Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли совместно с учёными Мэрилендского университета и Гавайского университета предложили новый метод поиска подземных залежей льда на Луне с помощью сейсмических волн. Результаты опубликованы в журнале Science Advances и могут послужить ориентиром для интерпретации данных зондирования и определения местоположения водных ресурсов в ходе будущих лунных посадочных миссий.

Исследование сосредоточено на том, как подповерхностное вещество Луны реагирует на сейсмические волны. Научная группа создала вычислительные модели для прогнозирования поведения лунных подповерхностных сред различного состава под воздействием сейсмических волн. Экспериментальные результаты показали различия в сейсмическом отклике между льдосодержащими и сухими породами, что указывает на потенциал сейсмологических методов для выявления ледяных слоёв, погребённых под лунным реголитом и горными породами.

Для получения данных, более приближенных к условиям лунной среды, исследователи создали криогенную вакуумную камеру под названием «Установка для наблюдения за мёрзлым реголитом и испытаний сублимации» (FROST) и подключили её к линии синхротронной рентгеновской микротомографии на источнике Advanced Light Source. Это устройство позволяет наблюдать микроскопические изменения в образцах горных пород в условиях низких температур и высокого вакуума, помогая исследователям анализировать изгиб, деформацию и сейсмические характеристики имитатора лунного реголита при различном содержании льда.

Научная группа также объединила данные спутниковых наблюдений для моделирования возможных местоположений крупных ледяных отложений на Луне и механизмов их стабильности в геологических временных масштабах. На этой основе исследователи интегрировали лабораторные эксперименты по физике горных пород на микроуровне, модели распределения ледяных слоёв и сейсмическое моделирование, сформировав комплексный метод прогнозирования воздействия подповерхностных ледяных слоёв Луны на сейсмические волны. В настоящее время модель способна описывать соответствующие процессы на глубине до примерно 800 метров ниже лунной поверхности.

Исследователи отмечают, что модель всё ещё требует проверки в ходе будущих полевых экспериментов на Луне. Согласно имеющимся данным, полярный луноход VIPER (Volatiles Investigating Polar Exploration Rover), предназначенный для разведки южного полюса Луны, будет оснащён различными приборами, включая ударную буровую установку, способную генерировать сейсмические волны, а также датчики для измерения распространения короткопериодных волн. Помимо приборов для обнаружения льда в верхнем метровом слое лунного реголита, сейсмические методы могут помочь учёным наблюдать ледяные отложения в более глубоких слоях реголита.

Исследователи полагают, что с расширением пилотируемых и беспилотных лунных миссий определение местоположения водных ресурсов станет важной предпосылкой для долгосрочной деятельности на Луне. Эта работа предоставляет проверяемые гипотезы для проектирования лунных сейсмических экспериментов, а также открывает новые технические пути для поиска лунного льда с помощью луноходов или оборудования, переносимого астронавтами.