В 1980-х годах геофизики, анализировавшие образцы лунного грунта, доставленные на Землю миссиями «Аполлон», были удивлены их сильным магнитным полем. Считалось, что Луна не настолько велика, чтобы создать такое магнитное поле, особенно на протяжении 1,5 млрд лет. Новое открытие опровергает одно из двух главных возражений против теории, что Луна обладала собственным магнитным полем.

Источник изображений: Harry Gregory / news.stanford.edu

Ранее эта загадка заставила некоторых учёных предположить существование иных причин магнетизма лунных образцов, включая возможное влияние космических кораблей, доставивших их на Землю. Напомним, что в период с 1969 по 1972 год шесть космических аппаратов «Аполлон» доставили с поверхности Луны 382 кг лунных камней, образцов грунта, гальки, песка и пыли. В итоге было получено 2 200 отдельных образцов из шести различных мест на Луне.

Однако теперь новое исследование показало, что магнетизм лунных образцов на самом деле имеет природное происхождение и что космические полёты не оказывают значительного влияния на силу магнитного поля. «Вы хотите быть уверенными, что космический корабль, доставивший ваш образец, не магнетизирует его», — сообщила Соня Тико (Sonia Tikoo), доцент по геофизике в Stanford Doerr School of Sustainability и ведущий автор нового исследования.

Аспирант Джи Ин Чон (слева) и доцент Соня Тико изучают коллекцию лунных образцов

Для подтверждения своих выводов Тико и её соавтор исследования Джи Ин Чон (Ji-In Jung) подвергли магнитному воздействию 8 образцов лунных камней из четырёх миссий «Аполлон», создав магнитные поля с силой, эквивалентной той, что существует на борту космического корабля. В течение 2 дней, имитируя возвращение с Луны, образцы были специально подвергнуты магнитному полю с силой 5 миллитесла, что примерно в 100 раз сильнее магнитного поля Земли.

«Мы провели моделирование долгосрочного воздействия на образец более сильного магнитного поля, чем магнитное поле Земли, условий, характерных для космического корабля, и выяснили, что практически для всех образцов, включая те, которые мы ранее изучали в контексте данных о лунном магнитном поле, мы смогли легко устранить это „загрязнение“», — добавила Тико.

Тико и Чон демонстрируют размер лунного камня на кварцевом диске

Позже исследователи наблюдали, как магнитное «загрязнение» уменьшалось, и обнаружили, что его можно легко устранить с помощью обычных методов. «Этот эксперимент доказывает, что мы можем проводить палеомагнитные исследования с образцами, привезёнными космическими миссиями. Я думаю, никто не сомневается в возможности проведения палеомагнитных исследований Земли, и я рада, что теперь мы можем делать это и для космоса», — подчеркнула Тико.

Магнетизированные образцы могут помочь раскрыть историю планетарных магнитных полей, необходимых для защиты атмосферы. Поэтому важно удостовериться, что привезённые на Землю образцы не были повреждены воздействием космического корабля. Это необходимо для планирования будущих миссий NASA по доставке на Землю образцов марсианского грунта.

Оставленная на поверхности Луны посадочная ступень космического модуля миссии «Аполлон-17» вызывает лунотрясения, говорится в новом научном исследовании, опубликованном 5 сентября в журнале Journal of Geophysical Research: Planets. Исследователи впервые выявили ранее неизвестную форму сейсмической активности на Луне посредством анализа данных эпохи «Аполлонов» с использованием современных компьютерных алгоритмов.

Источник изображений: NASA

Значительные температурные сдвиги на поверхности Луны, когда в её затенённых областях температура опускается до -133 градусов Цельсия, а в находящихся под воздействием прямых солнечных лучей повышается до +121 градуса Цельсия, вызывают расширение и сжатие структуры посадочной ступени космического аппарата. Это приводит к определённым воздействиям его частей на поверхность естественного спутника, что и вызывает наблюдаемые вибрации, отмечается в исследовании.

На самом деле, под воздействием изменяющейся температуры и, как следствие, расширения и сжатия поверхности, время от времени трясёт всю Луну, говорят исследователи. Однако использование современных ИИ-алгоритмов позволило более детально проанализировать данные, полученные с помощью оборудования для исследования сейсмоактивности на спутнике Земли, установленного в нескольких сотнях метров от посадочного модуля «Аполлон-17».

Работа под руководством Франческо Цивилини (Francesco Civilini), бывшего научного сотрудника Калифорнийского технологического института, а ныне научного сотрудника Центра космических полетов имени Годдарда NASA, предлагает новое понимание того, как Луна реагирует на своё окружение и что может влиять на её сейсмическую активность. Вызываемые посадочным модулем «Аполлон-17» лунотрясения неопасны и, вероятно, даже не были бы замечены человеком на поверхности спутника.

Понимание природы лунотрясений важно для будущих исследований Луны и запланированного строительства там базы для постоянного пребывания людей — ключевой цели американской лунной исследовательской программы Artemis. Например, знания о лунотрясениях помогут понять, насколько крепкими необходимо возводить постоянные конструкции на поверхности спутника и какие сложности могут с этим возникнуть.

Каждый посадочный лунный модуль программы «Аполлон» оснащался инструментом для обнаружения лунотрясений. Миссия «Аполлон-17» выделялась тем, что модуль, запущенный в 1972 году и впоследствии оставленный на поверхности спутника, был оснащён сейсмометрами, способными определять термальные лунотрясения или тремор (дрожание), вызываемые циклами лунного дня и ночи, когда температура на поверхности спутника то значительно повышается, то значительно опускается ниже нуля.

«Тысячи этих сигналов с помощью четырёх сейсмометров “Аполлона-17” были записаны в восьмимесячный период с 1976 по 1977 годы, однако низкое качество этих данных делало их анализ очень сложным. Мы разработали алгоритмы, которые точно определяют время этих [сейсмических] волн, измеряют силу сейсмических сигналов и определяют направление источника лунотрясений», — сообщают исследователи в своей работе.

Посадочный модуль «Челленджер» и посадочная ступень миссии «Аполлон-17». Источник изображения: Wikipedia

Учёные впервые за десятилетия заново изучили эти данные. Свежий анализ выявил определённый тип лунотрясений, получивших название импульсивных термальных лунотрясений, которые происходят не от естественных источников, а из-за нагрева и охлаждения брошенного посадочного модуля.

«Каждое лунное утро, когда активность Солнца наиболее интенсивна, модуль начинает создавать вибрации. Через каждые пять или шесть минут происходят новые толчки. Это продолжается в течение пяти–семи земных часов. Наблюдаемая активность оказалась невероятно регулярной и повторяющейся», — пишут учёные.

Эта лунная дрожь отличается от других типов лунотрясений, называемых возникающими термальными лунотрясениями, которые, вероятнее всего, вызываются естественными реакциями поверхности спутника под воздействием солнечной активности, говорится в исследовании. Учёные надеются, что будущие лунные миссии позволят определить более подробную картину указанного феномена.

Помимо термальных лунотрясений на спутнике время от времени также наблюдаются более глубокие и в то же время менее продолжительные толчки, вероятно, вызванные падениями метеоритов. Важно отметить, что в отличие от Земли, где землетрясения могут вызываться движением тектонических плит, такой активности на Луне не наблюдается. Однако вопреки устоявшемуся мнению «внутренняя жизнь» спутника нашей планеты на самом деле весьма активна, считают учёные. В недрах Луны в любой момент времени и в любом регионе могут происходить определённые сейсмические события.

Учёные по всему миру в настоящий момент пристально наблюдают за индийской космической миссией «Чандраян-3» (Chandrayaan-3), посадочный модуль которой тоже оснащён сейсмометром. Индийская организация космических исследований (ISRO) уже подтвердила, что инструмент засёк лунотрясение. Однако подробная информация об этом событии пока не публиковалась индийскими специалистами. До 22 сентября индийский аппарат находится в спячке. Его планируется разбудить, как только солнечный свет снова достигнет его места посадки на южном полюсе спутника.

В 1969 году вышел фантастический роман «Штамм Андромеда» Майкла Крайтона, описывавший заражение американского городка микроорганизмом из космоса. Произведение вышло в свет буквально за пару месяцев до полёта американцев на Луну в рамках миссии «Аполлон-11» и вызвало некоторую панику среди американцев, опасавшихся того, что астронавты могут принести с собой со спутника Земли. Как выяснилось спустя десятилетия, их опасения были не вполне напрасны.

Президент Никсон приветствует вернувшихся с Луны астронавтов. Источник изображения: NASA

Хотя у NASA имелся протокол, предусматривавший карантин для участников миссии, современные данные свидетельствуют о том, что в случае реального заражения он вряд ли сколько-нибудь помог бы — по сведениям, опубликованным в журнале Iris, все принимавшиеся меры фактически оказались частью шоу.

Когда астронавты впервые вернулись с Луны в 1969 году, представители NASA опасались, что люди могут принести с собой что-нибудь вроде фантастической инопланетной чумы — на тот момент никто достоверно не знал, имеется ли на спутнике Земли биосфера и микроорганизмы. Для борьбы с возможным заражением NASA выстроило в Хьюстоне (Техас) карантинную зону — т.н. Lunar Receiving Laboratory для борьбы с возможным проникновением на Землю микроорганизмов из космоса. После возвращения команды «Аполлон-11» домой, та была немедленно помещена на территорию объекта, где и провела три недели, как и 24 сотрудника, имевшие контакт с лунными материалами и помогавшие астронавтам при посадке.

Хотя, на первый взгляд, протокол выглядит надёжным, новое исследование показало, что несмотря на огромные деньги, вложенные в защиту человечества, «планетарная защита» на деле была частью шоу. «Карантинный протокол выглядел успешным только потому, что в нём не было необходимости», — заявил автор исследования Дагомар Дегрут (Dagomar Degroot), историк Джорджтаунского университета. Более того, работа Дегрута показала, что в NASA знали о несостоятельности протокола. Например, корабль «Аполлон» не был сконструирован таким образом, чтобы защитить Землю от возможного заражения, а после того как посадочная капсула попала в Тихий океан, её люк открылся для того, чтобы астронавты могли свободно выбраться. Кроме того, воздух из капсулы отправился в атмосферу, чтобы команда не пострадала от отравления углекислым газом.

Впрочем, в NASA изначально предполагали, что риск того, что космонавты принесут с собой космическую чуму, чрезвычайно низок, а строительство карантинного модуля и принятие прочих мер осуществлялось преимущественно для того, чтобы население не впадало в панику. Как сообщало NASA в письмах обеспокоенным жителям, усилия агентства «привели к созданию лаборатории с возможностями, которых никогда не существовало ранее».

Трудно сказать, как обернулось бы дело, если бы «Аполлон-11» действительно принёс с собой лунные микроорганизмы или посадка закончилась сценой, похожей на финал фильма «Живое». Даже на Земле большинство микроорганизмов безопасны для человека, а некоторые живут в симбиозе с ним. Высока вероятность, что инопланетные микроорганизмы вообще не смогли бы взаимодействовать с человеческими клетками. Так или иначе, неудачный карантинный протокол может послужить ценным уроком для космических ведомств, например — готовящих миссии на Марс и дальше. С учётом наличия кислородной атмосферы и геофизики планеты, присутствие «совместимых» с людьми микроорганизмов на Красной планете вероятнее, чем на Луне. Известно, что в 2020 году NASA выпустило обновлённый протокол сдерживания внеземных микробов, хотя положения документа до сих пор не приходилось применять. Тем не менее, даже если все меры будут приняты, нет гарантии, что они защитят Землю на 100 %.

Проанализировав данные, собранные в ходе геологических экспериментов на поверхности Луны, проводившихся в ходе американских миссий «Аполлон», выполнявшихся полвека назад, учёные смогли установить, что спутник Земли имеет твёрдое ядро, окружённое внешним жидким, схожим с земным.

Источник изображения: Géoazur/Nicolas Sarter

В ходе шести миссий с высадкой на Луну, выполнявшихся с 1969 по 1972 годы, астронавты проводили на поверхности небесного тела ряд экспериментов, включая, например, подрывы специальных зарядов. Кроме того, астронавты использовали инструменты для изучения спутника, включая т.н. геофоны и сейсмографы. Кроме того, лунные ускорители и ступени лунных моделей использовались для создания небольших искусственных аналогов «землетрясений».

В результате различные данные всё ещё поступали на Землю вплоть до 1977 года, после чего поддержка исследований была прекращена, хотя, как сообщается в журнале Nature, некий «пассивный» лазерный эксперимент можно проводить ещё буквально веками. Так или иначе, учёные всё ещё занимаются изучением полученных данных и пришли к интересным и очень важным выводам.

Французский национальный центр научных исследований (CNRS) совместно с Университетом Лазурного берега, Обсерваторией Лазурного берега, Сорбонной и Парижской обсерваторией изучили сейсмические данные, полученные в ходе миссий «Аполлон», объединив эту информацию с данными исследований, связанными с «неравномерностями» вращения Луны. Это позволило разработать модели, определяющие внутреннюю структуру спутника нашей планеты.

Ещё в 1990-е годы выяснилось, что Луна имеет жидкое внешнее ядро, «подогреваемое» приливными силами, но природа внутреннего ядра всё ещё была недоступна. Теперь выяснилось, что Луна имеет твёрдое внутренне ядро всего около 500 км диаметром, состоящее из металла, примерно соответствующего по плотности железу.

По данным команды исследователей, это имеет большое значение, поскольку подобное ядро было очень трудно обнаружить из-за его незначительного размера. Кроме того, учёные сообщают, что открытие неким образом позволит объяснить исчезновение магнитного поля Луны — хотя в своё время оно было предположительно в 100 раз интенсивнее земного. Результаты исследований опубликованы в журнале Nature.