Лунотрясения помогут найти скрытый лёд под поверхностью Луны

Экипаж миссии Artemis II запечатлел часть Луны, появляющуюся на терминаторе — границе между лунным днём и ночью, где низкоугольный солнечный свет отбрасывает длинные, драматические тени на поверхность. Этот скользящий свет подчёркивает пересечённый рельеф Луны, выявляя кратеры, хребты и структуры бассейнов в поразительных деталях. Особенности вдоль терминатора, такие как кратер Джул, кратер Биркхофф, кратер Стеббинс и окружающие нагорья, выделяются особенно чётко. Фото: NASA

Вода, погребённая под поверхностью Луны, может быть обнаружена с помощью прослушивания вибраций, распространяющихся в лунном грунте.

Исследователи из Университета Мэриленда, Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли и Гавайского университета обнаружили, что сейсмические волны — те же типы вибраций, которые учёные измеряют при землетрясениях, — могут помочь обнаружить и нанести на карту лёд, скрытый под поверхностью Луны.

Лунный лёд может поддержать будущие лунные миссии

Результаты были опубликованы в журнале Science Advances 31 июля 2026 года, в то время как космические агентства готовятся к новой эре лунных исследований. Программа NASA Artemis нацелена на пилотируемые миссии в южную полярную область Луны в 2028 году, где постоянно затенённые кратеры могут содержать ценные залежи водяного льда.

Для астронавтов этот лёд может служить нескольким целям. После таяния и очистки он может обеспечить питьевой водой. Электричество также может разделить его на кислород для дыхания и водород для ракетного топлива. Надёжный местный источник сократил бы количество материалов, которые будущим миссиям необходимо будет доставлять с Земли.

«Крайне важно выявить любые материалы на Луне, которые астронавт может использовать, находясь там, — сказал Николас Шмерр, доцент кафедры геологических, экологических и планетарных наук Университета Мэриленда и соавтор исследования. — Поскольку они будут ограничены теми немногими ресурсами, которые привезли с Земли, всё, что они найдут на Луне, поможет им, по сути, жить за счёт земли, особенно для долгосрочных миссий или аванпостов».

Спутники не могут видеть глубоко под землёй

Учёные до сих пор точно не знают, сколько льда существует на Луне и где находится большая его часть. Орбитальные спутники могут исследовать лунную поверхность, но их инструменты в основном обнаруживают материал в самом верхнем слое почвы.

Часть лунного водяного льда может быть погребена гораздо глубже. Новое исследование предполагает, что сейсмические измерения могут выявить залежи, недоступные для орбитальных наблюдений.

Замёрзшая и сухая лунная почва по-разному реагируют на прохождение сейсмических волн. Лёд делает окружающий материал более жёстким, позволяя вибрациям распространяться в два-три раза быстрее, чем через сухую почву.

Богатые льдом участки также могут отражать сейсмическую энергию, а не позволять ей проходить сквозь грунт. Этот эффект похож на звук, отскакивающий от стены и создающий эхо. По словам Шмерра, сейсмометр, размещённый в правильном месте на Луне, может обнаружить оба этих изменения.

«Мы можем использовать сейсмические волны не только для того, чтобы увидеть, присутствует ли лёд, но и примерно определить, сколько его там», — пояснил он.

Тестирование сейсмической сигнатуры лунного льда

Исследовательская группа проверила эту идею тремя разными способами.

Ведущий автор Харрисон Лисабет, физик-горняк из Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли и выпускник Университета Мэриленда, работал с вулканической породой из Аризоны. При измельчении этот материал очень напоминает лунную пыль. Лисабет заморозил породу и использовал рентгеновские лучи, чтобы наблюдать, как лёд образуется в крошечных пространствах между отдельными зёрнами.

Соавтор Мэттью Сиглер из Гавайского университета создал подробные температурные модели южной полярной области Луны. Эти карты помогли идентифицировать кратеры, которые оставались достаточно холодными, чтобы сохранять лёд в течение миллиардов лет.

В Университете Мэриленда Шмерр использовал компьютерное моделирование для создания моделей небольших лунотрясений, проходящих через подземные залежи лунного льда. Во всех трёх подходах присутствие льда вызывало отчётливые и измеримые изменения в сейсмических результатах.

Лунный лёд может сохранить древнюю историю Солнечной системы

Лунный лёд может быть полезен астронавтам, но он также может содержать важные доказательства о ранней Солнечной системе.

Глубоко затенённые лунные кратеры могут удерживать воду и другие летучие материалы в течение очень длительных периодов. Поскольку окружающие породы имеют возраст около четырёх миллиардов лет, лёд, сохранившийся там, может дать ключ к разгадке того, как вода перемещалась в молодой Солнечной системе.

«Луна стала свидетелем некоторых из самых критических этапов ранней Солнечной системы, включая то, как была доставлена вода, — сказал Шмерр. — Изучение льда, отложившегося там, может раскрыть, как распространялась вода и в конечном итоге как сформировались океаны Земли».

Предстоящие миссии могут проверить метод

У исследователей вскоре может появиться возможность сравнить свои прогнозы с реальными измерениями с Луны.

Китайская миссия «Чанъэ-7» должна совершить посадку возле кратера Шеклтон в конце 2026 года. Миссия будет нести сейсмометр, и несколько предполагаемых залежей льда находятся поблизости.

Астронавты NASA Artemis также могут развернуть Лунную станцию экологического мониторинга в 2028 году. Шмерр помог разработать этот инструмент для сейсмических исследований.

«Наши результаты закладывают основу для наблюдения, которое мы получим в ближайшие пару лет, — сказал Шмерр. — Никто ещё физически не измерил лёд на Луне, но теперь у нас есть прогноз, на что обращать внимание. Это важный первый шаг».

Это исследование финансировалось Управлением науки Министерства энергетики США, Управлением фундаментальных энергетических наук, Отделением химических наук, наук о Земле и биологических наук (Контракт № DEAC02-05CH11231), а также проектами CLEVER (Грант № GR00024738) и GEODES (Грант № 80NSSC19M0216) Виртуального института исследований Солнечной системы NASA. Эта статья не обязательно отражает мнение этих организаций.

Источники:

Материалы предоставлены Университетом Мэриленда.

Харрисон П. Лисабет, Николас Шмерр, Мэттью Сиглер. Сейсмическая сигнатура лунного льда. Science Advances, 2026; 12 (31) DOI: 10.1126/sciadv.adz7220