Чего ждут ученые от новой порции лунного грунта

Впервые за 44 года на Землю будет доставлен лунный грунт: китайская миссия «Чанъэ-5» везет 2 килограмма реголита. О том, какие открытия ожидают нас в ближайшее время, насколько опасна для человека лунная пыль и чем отличается «американский» лунный грунт от «советского», «Огонек» разузнал у геолога Светланы Демидовой, сотрудника лаборатории метеоритики и космохимии Института геохимии и аналитической химии (ГЕОХИ) РАН, в котором хранятся российские лунные образцы.

Беседовали Юрий Этингоф, Елена Кудрявцева

— Светлана Ивановна, чего ждут ученые от новой порции лунного грунта, которую доставляет на Землю миссия, названная именем китайской богини Луны?

— Любая лунная экспедиция очень информативна для ученых. «Чанъэ-5» добыла грунт из Океана Бурь — это северо-западная часть Луны. Там располагается чрезвычайно интересная вулканическая провинция, где находятся молодые базальты. Молодые они, конечно, по лунным меркам: речь о возрасте порядка миллиарда или 2 миллиардов лет. Такие юные базальты могут дать массу информации о самых последних этапах лунного магматизма (совокупность процессов, связанных с деятельностью магмы.— «О»).

Дело в том, что Луна — очень древнее тело, которое рано законсервировалось, то есть, в отличие от Земли, здесь давно закончился процесс вулканической деятельности. Изучая Луну, мы можем получить информацию об эволюции планетных тел, в том числе и Земли, о ее ранних стадиях развития, когда на нее еще не влияли ни атмосфера, ни гидросфера. Это чрезвычайно интересно, так что китайцы не случайно выбрали именно это место для забора образцов.

— А откуда привозили образцы до этой экспедиции?

— Из самых разных мест.

Например, советские «Луны» брали образцы из восточной части, из Моря Изобилия, Моря Кризисов и материковой части между этими двумя морями. «Аполлоны» привозили грунт из Моря Спокойствия, окраины Моря Дождей и в том числе из Океана Бурь, но совсем из другой провинции.

То есть «Чанъэ-5» привезла образец с видимой стороны Луны, но это будет область, расположенная далеко от тех мест, где образцы брали ранее.

— Если эта область столь интересна, то почему российская лунная программа ориентирована на полюса Луны? Из-за воды?

— Да, это очень популярное новое направление в исследованиях. Информация о том, что на полюсах нашего спутника может быть немного воды, появилась в последние годы. С этим связан возросший интерес к Луне, который подстегивает и то, что получили мощное развитие новые способы исследования самих образцов, например, изотопные методы, локальные методы исследования химического состава. Теперь для анализа требуется все меньшее количество образца. Более того, некоторые анализы производятся in situ (в переводе с латыни «на месте».— «О»), то есть информацию о составе можно получить, имея в наличии буквально крупинку вещества.

— А что мы можем узнать, исследуя образец?

— Помимо состава мы можем понять, как он образовался и что с ним происходило. Так как на Луне нет атмосферы, там очень богатая ударная история, то есть история формирования небесного тела под влиянием бомбардировки астероидами, метеоритами, кометами.

— Как выглядит доставка лунного грунта в современных условиях? Каковы при этом меры предосторожности?

— За основу китайцы взяли методику забора и доставки грунта нашей «Луны-24» — последней советской автоматической межпланетной станции, запущенной в 1976 году. Согласно этой методике, образцы везут в закрытом контейнере, а после доставки на Землю он вскрывается в атмосфере азота или гелия, чтобы сохранить его первичные характеристики и не допустить контакта с атмосферой. В земном воздухе много воды, а лунный грунт очень гигроскопичен, то есть моментально впитывает влагу, так как он очень мелкозернистый: средний размер зерен порядка 80 микрон. Так что все доставленные лунные образцы на Земле хранятся в запечатанном виде в атмосфере чистого азота или гелия и у нас, и за рубежом. Предполагаю, китайцы поступят так же.

— А как же тогда с ними работать?

— Первые работы с образцами проводились в атмосфере азота, для этого была создана специальная камера. И сейчас, когда грунт достают для каких-то исследований, он находится на открытом воздухе очень небольшой период времени — его стремятся защитить от воздействия земной атмосферы и сохранить неизмененным. Это что касается лунного грунта. Исследования же отдельных фрагментов пород проводят таким же способом, как и земных пород, в обычных помещениях.

— Особенное опасение у ученых вызывает лунная пыль. В одном из интервью «Огоньку» (№20 за 2019 год) академик РАН Лев Зеленый говорил, что именно пыль ставит под угрозу все долгосрочные миссии на Луну. Да и американские астронавты отмечали, что пыль «словно поселяется в каждой щелочке космического корабля и в каждой поре вашей кожи»…

— Имеется в виду, по-видимому, все-таки самая мелкая фракция реголита. Американские космонавты ведь отдельно собирали и крупные фрагменты камней, но по большей части все доставленные лунные образцы, которые есть у нас на Земле,— это лунный реголит, верхний обломочный слой. Это очень мелкий и рыхлый материал, с редкими вкраплениями более крупных частичек. Так что можно даже сказать, что весь реголит выглядит как пыль. Отдельную частичку рассмотреть глазом тут не удастся за редким исключением. Опасность такой пыли в том, что из-за ударных преобразований там очень много стекла и его осколков. То есть пылинки представляют собой маленькие острые осколки, поэтому они вездесущи и очень агрессивны для космических аппаратов.

— Китайская добыча — тоже реголит?

— Думаю, да. Вся Луна покрыта слоем реголита, но в той области, куда они прилунились, его немного меньше — мы уже говорили про молодые базальты, а реголит образуется в результате ударных событий, перемешивания, плавления, разрушения и снова перемешивания, и все это на протяжении миллиардов лет. К слову, чтобы привезти более крупные куски камней, требуются дополнительные усилия.

— Тот объем грунта, который получен «Чанъэ-5», сопоставим с нынешними земными коллекциями?

— Планировалось, что доставят на Землю около 2 килограммов образцов. Все советские «Луны» привезли порядка 300 граммов. Примерно половина этих образцов хранится у нас в Институте геохимии и аналитической химии РАН запечатанной в металлические контейнеры — для потомков. Такое решение было принято сразу в 1970-е, как только реголит доставили в СССР. Другую половину разделили для исследований на фракции, именно этим материалом делились и с другими странами.

— До какого времени будет храниться то, что «для потомков»?

— Никто не знает, видимо, до тех пор, пока не будет принято соответствующее решение. Но у нас для работы все еще есть остатки той части, которая изначально предназначалась для изучения. Американцы, кстати, поступили со своей коллекцией так же, хотя у них образцов доставили несравнимо больше — порядка 300 килограммов.

— В прошлом году NASA выделило почти миллион долларов на изучение лунного грунта. Почему именно сейчас?

— Думаю, речь идет как раз об изучении законсервированной части, и, скорее всего, интерес связан с находкой воды на Луне.

— Существует ли сегодня обмен образцами лунного грунта между странами? Может быть, уже есть какая-то предварительная договоренность с Китаем?

— Конечно, научный обмен существует, и до сих пор поступают запросы из самых разных стран — их рассматривает специальная комиссия, которая решает, какое количество можно выделить. В основе решения — целесообразность, важность научного результата. Что касается китайцев, то они наверняка сначала будут распространять вещество между своими лабораториями. В дальнейшем возможно сотрудничество, хотя никаких договоренностей пока нет.

Пойти по следу

— Почему вокруг лунного грунта и достоверности американских образцов до сих пор столько слухов и мифов?

— По рассказам современников, когда американцы впервые привезли лунный грунт, в прессе США появилась информация, что он неотличим от обычных базальтов, по которым мы ходим на Земле. После этого пошла волна возмущенных откликов граждан — за что же мы платим такие деньги, это же деньги налогоплательщиков! И через какое-то время в газетах появилась информация о том, что там обнаружили золото и еще что-то очень полезное,— чтобы оправдать затраты… Хотя лунный грунт внешне, если на него посмотреть в музее, пыль пылью, и вы никогда его не отличите от земных пород. Но по свойствам он, конечно, не такой, потому что на Луне другая обстановка.

— Известно, что в 1973 году сотрудник ГЕОХИ Лев Тарасов во время поездки в США получил от американцев образцы лунного грунта, в том числе и от образца 14321 — фрагменты крупного камня, доставленного экспедицией «Аполлон-14». Довелось ли вам исследовать эти образцы?

— У нас есть два его шлифа (тонкая пластина для лабораторных исследований.— «О»). Я изучала их пару лет назад, искала там фрагменты оливина (породообразующий материал.— «О») с фосфором. Мы его там нашли и эту работу опубликовали. И, конечно, американский лунный грунт упоминается как грунт «Аполлон-14», это один из числа исследованных образцов.

— Есть ли какие-то существенные отличия американского грунта от нашего, доставленного «Лунами»?

— Все то же самое: все основные классификационные признаки те же, никаких существенных отличий не наблюдается.

— Скептики утверждают, что по американскому грунту нет ясности, так как ни советские, ни российские ученые не проводили ряда работ, в том числе рентгенографических исследований, исследование магматических образцов и так далее. Так ли это?

— Работы по лунному грунту представлены в трех монументальных книгах по минералогии Луны (это книги «Грунт из материкового района Луны», «Лунный грунт из Моря Кризисов» и «Лунный грунт из Моря Изобилия»). Научные работы выполнялись и по нашему, и по американскому лунному грунту, в том числе и смешанными командами. В целом же химический состав лунного грунта изучен еще в первые годы после доставки — был проведен огромный объем работ, но и в наше время появилось большое число статей по образцам «Аполлонов», исследованным уже новыми методами… Сейчас переделывать то, что было сделано американцами, никакого смысла нет, по этим исследованиям есть огромное количество работ, и они вполне коррелируют с нашими данными. Нужно искать что-то новое. Например, идут исследования, базирующиеся в том числе и на орбитальных данных, полученных индийскими аппаратами «Чандраян», автоматической межпланетной станцией NASA LRO и теми же китайскими «Чанъэ».

Что касается советских ученых, то можно сказать, что всплеск научного интереса к грунту через какое-то время пошел на спад, и с начала 1980-х вплоть до 1990-х новых работ было мало. Новый виток интереса возник, когда обнаружили лунные метеориты — метеориты, которые были выброшены с поверхности Луны и попали на Землю. Тогда после большого перерыва работы возобновились.

Найти кусок Луны

— Вы сказали, что интерес к Луне возродили лунные метеориты. Сколько их обнаружено на сегодня?

— Очень много — наверное, больше 300 килограммов. В российской коллекции лунных метеоритов порядка 30 штук.

Интересно, что идентифицировать первые метеориты удалось именно на основе информации, полученной при исследовании американского и нашего грунта, потому что, просто взглянув на метеорит, вы не поймете, откуда он взялся.

Так, первый лунный метеорит, Yamato 791197, нашли в 1979 году во время антарктической экспедиции. Он долгое время хранился в коллекции, и только в 1982-м, когда появилась первая статья о другом лунном метеорите, ALHA81005 (его и считали первым), стали детально изучать антарктические находки и обнаружили Yamato 791197. Иными словами, метеорит пролежал три года, и никто не думал, что это кусочек Луны. После этого начались соответствующие исследования, и в коллекциях был обнаружен ряд лунных метеоритов, а также появилась методика их идентификации.

— Что же они собой представляют и сильно ли лунное вещество отличается от земного?

— Большинство лунных метеоритов представлены брекчиями — это обломочные породы, каких на Земле много, по внешнему виду спутать их, повторюсь, очень легко. Однако существуют места, где метеориты накапливаются, и их обнаружить несложно, это, например, льды Антарктиды или пустыни. Ученые находят метеорит там, затем его изучают и идентифицируют.

Главный минерал лунных материковых пород — плагиоклаз, имеющий особую разновидность, которая на Земле встречается нечасто. Есть различия и в химическом составе других породообразующих минералов — оливинов и пироксенов. Кроме того, есть такие лунные минералы, как армолколит, транквиллитит, и пироксферроит. Они, к слову, и в лунном грунте довольно редкие, но тем не менее присутствуют. Все лунные породы отличает их древний возраст, значительно превышающий возраст подавляющего большинства пород Земли.

— Какие же из них самые интересные?

— Все интересные. Например, в одном метеорите открыли новый минерал, который назвали хапкеит. Не менее удивительная вещь, обнаруженная в метеоритах,— глубинное вещество.

— Что это такое?

— На Луне есть огромные кратеры. Удар невероятной силы может выбросить наружу вещество нижней коры или даже мантии. На Луне, например, находится самый крупный кратер нашей Солнечной системы: он называется Бассейн Южный полюс — Эйткен, его диаметр порядка 2,5 тысячи километров, глубина — 200–300 километров. Его выбросы распределены по поверхности Луны в результате многочисленных ударных событий, и иногда мы можем обнаружить такой удивительный образец из самых недр Луны у нас на Земле. Так что изучение лунных метеоритов и лунного грунта — чрезвычайно важная и интересная тема.

Вгрызаться в грунт

— Насколько активно сейчас изучают лунный грунт в вашем институте?

— Грунт мы изучаем постоянно, хотя не так активно, как за рубежом, потому что у нас не столь большой штат сотрудников. Из последних результатов можно назвать обнаружение породообразующего минерала оливина. Обычно он не содержит такой элемент, как фосфор, а мы нашли оливины с фосфором.

— А кто сегодня считается мировым лидером по исследованию лунных пород?

— Есть ряд ученых в США, Европе, Китае и других странах. Но сейчас обычно создаются международные проекты с участием исследователей из разных стран.

— Можно говорить о том, что в вашей области за последнее время были прорывные открытия?

— Самое известное — это, конечно, обнаружение воды. Открытие состоялось в том числе благодаря российским ученым. В Институте космических исследований РАН сконструирован прибор ЛЭНД, который был установлен на американском спутнике LRO. Именно благодаря этому прибору удалось показать наличие воды на дне некоторых кратеров в полярных областях Луны. По результатам его работы составлена наиболее подробная карта распространения лунного льда в полярных областях.

Вообще, картирование — важный этап современных исследований. Очень интересны, к примеру, составленные по итогам работы недавних миссий карты распространения минералов. Это удалось сделать благодаря работе индийских, американских и китайских аппаратов. Одним из важных открытий именно таких работ стало обнаружение на Луне в полярных областях гематита, а это минерал, который должен образовываться в присутствии воды. Также на Луне совсем недавно обнаружили так называемые гранитные купола — о таких образованиях раньше ничего не знали. Отдельно стоит упомянуть о массе изотопных исследований, которые позволяют рассуждать о происхождении и об истории Луны.

— Поможет ли миссия «Чанъэ-5» расставить точки в этих спорах?

— Пока об этом говорить рано, но наше понимание Луны, несомненно, обогатит. На сегодняшний день наиболее популярная точка зрения, что Луна образовалась в результате того, что в Землю врезалось крупное тело планетного размера, из-за чего часть вещества была выброшена и именно она образовала Луну. Но пока бесспорных доказательств этой теории нет, и существует несколько других версий. Будем надеяться, что нынешняя миссия поможет продвинуться в одном из самых интересных вопросов современной науки.