Несколько лет назад прибор, созданный российскими учеными, помог обнаружить замерзшую воду на Марсе. А теперь лед найден там, где его меньше всего ожидали увидеть, — на Луне. И снова отличились сотрудники Института космических исследований (ИКИ) РАН. Двое из них — кандидаты физико-математических наук Максим Мокроусов и Антон Санин — недавно получили премию Президента Российской Федерации в области науки и инноваций для молодых ученых. “Поиск” уже вкратце писал об этом (№6, 2011), сегодня появился повод вернуться к теме.
В рамках мероприятий РАН, посвященных 100-летию со дня рождения академика М.В.Келдыша, в ИКИ прошел круглый стол “Космическая наука: взгляд в прошлое, взгляд в будущее”. Новоиспеченные лауреаты присутствовали на нем в качестве “эксклюзивных участников”. Это был своеобразный знак уважения ученых к отличившимся коллегам. Впрочем, купаться в лучах славы на самой встрече им не пришлось: многие обсуждавшиеся здесь темы так или иначе касались сути их работ, отмеченных премией с формулировкой: “За разработку космического нейтронного детектора ЛЕНД с высоким пространственным разрешением и его применение для поиска на Луне районов с высоким содержанием воды”.
Активное исследование нашего естественного спутника началось в начале 70-х годов прошлого века, после того как на нем побывали американские космические корабли и советские автоматические станции. Изучив доставленные на Землю образцы пород, ученые сделали вывод, что Луна не только безжизненное, но и безводное тело. Правда, некоторые астрономы высказывали предположение, что на дне глубоких кратеров вблизи полюсов, куда не проникают солнечные лучи, может храниться замерзшая вода кометного происхождения.
И вот прибор, созданный в лаборатории ИКИ под руководством доктора физико-математических наук Игоря Митрофанова и установленный на борту американского разведывательного спутника, обнаружил на Луне воду. Причем в таком большом количестве, которого никто не ожидал. В некоторых кратерах вблизи южного полюса ее содержание в грунте колеблется от 4 до 10 процентов. А главное — она есть даже на освещенных Солнцем участках, спрятанная на глубине до полутора метров, в зоне вечной мерзлоты, аналогичной той, что существует в приполярных районах Земли. Недавно такая зона была обнаружена и на Марсе.
Комментируя эти факты, директор ИКИ академик Лев Зеленый подчеркнул, что теперь российская программа исследования Луны должна быть пересмотрена. Действительно, даже по самым оптимистическим прогнозам замерзшая вода могла быть только на дне глубоких кратеров — в зоне вечной темноты. То есть там, где луноходы, питающиеся от солнечных батарей, работать не могут. Сейчас же у ученых есть достаточно большой выбор хороших “площадок”, куда можно посадить автоматическую станцию, способную докопаться до воды и исследовать ее.
Кстати, до сих пор точно неизвестно, откуда на Земле появились океаны. Есть гипотезы, что вся вода в основном внутреннего происхождения и образовалась в результате вулканической деятельности, а есть предположения, что она была принесена кометами и другими космическими телами. Лунная вода не участвует в таком активном круговороте, как наша, поэтому ее происхождение установить будет легче.
По окончании круглого стола представителям прессы разрешили “помучить” вопросами лауреатов.
— Расскажите, как работает ваш прибор?
Антон Санин: — Луна в отличие от Земли не имеет атмосферы, поэтому космические лучи в большом количестве долетают до ее поверхности и, взаимодействуя с веществом, порождают нейтроны. Масса этих незаряженных частиц примерно равна массе атомов водорода. Поэтому когда нейтроны сталкиваются с тяжелыми элементами, такими как кислород, железо, кремний, то отскакивают от них, как бильярдные шары от стенки, при соударении же с водородом передают им значительную долю своей энергии. Наш детектор ловит нейтроны с лунной поверхности. И если в грунте повышенное содержание водорода, то наблюдается недостача нейтронов средних энергий и избыток медленных. Таким образом, можно сделать вывод о наличии и количестве водорода.
— Так все-таки что вы обнаружили: лед или водород?
Максим Мокроусов: — Прибор указывает на водород. Однако местами его так много, что из самых общих минералогических соображений можно сделать вывод о наличии воды. Правда, пока не ясно, существует ли она там в виде обычного льда или гидратов. Кроме того, НАСА, используя наши данные, провело точечную бомбардировку лунной поверхности, чтобы исследовать состав поднявшейся пыли. Вывод о наличии воды подтвердился.
— Почему НАСА выбрало именно ваш прибор для своего спутника?
А.С.: — Американцы проводили тендер, в котором участвовали мы и наши коллеги из Лос-Аламоса. Российский детектор оказался гораздо точнее: он способен указать на “пятнышко” радиусом пять километров, в котором имеется повышенная концентрация воды. А как раз это и необходимо знать, чтобы посадить автоматическую станцию в нужное место.
— В чем ноу-хау вашего прибора?
М.М.: — Нейтроны не имеют электрического заряда, и поэтому их движением почти невозможно управлять. А нам нужно определить направление, откуда они прилетели. Мы решили сделать коллиматор — своеобразную “шубу” на основе химического элемента бора, чтобы защитить наш детектор от нейтронов. Проще говоря, они в ней застревают. Шуба покрывает прибор со всех сторон, оставляя лишь узкое отверстие, через которое мы и исследуем лунную поверхность.
— А почему американцы не сделали такую шубу?
А.С.: — Трудно сказать. Возможно, они не ожидали, что простое решение окажется столь эффективным. Кроме того, от идеи до ее реализации огромное расстояние. Около двух лет мы с коллегами из Объединенного института ядерных исследований (Дубна) строили численную модель будущего прибора и определяли оптимальную форму шубы, чтобы она была достаточно эффективной при минимальной массе. И все равно ее вес получился больше, чем у самого детектора. Только после тендера стало ясно преимущество нашего принципа.
— Где вы еще собираетесь искать воду?
М.М.: — На Меркурии. Да, на этой ближайшей к Солнцу раскаленной планете, которая все еще плохо изучена, возможно, есть лед вблизи полюсов. По крайней мере, некоторые астрономические наблюдения косвенно свидетельствуют об этом. Европейское космическое агентство совместно с Японским агентством аэрокосмических исследований планирует в 2014 году отправить к Меркурию межпланетный зонд BepiColombo. Полет продлится шесть лет. На орбитальной станции, которая готовится Европейским космическим агентством, будет установлен наш детектор нейтронов. В этот раз мы выиграли тендер у своих европейских коллег. Они разработали для поиска воды германиевый гамма-спектрометр. Прибор во всех отношениях замечательный, но слишком тяжелый и технически сложный для данного проекта. Поэтому ЕКА отдало предпочтение российскому детектору. Он намного легче, а главное — также способен справиться с поставленной задачей. Кроме того, наш прибор ДАН установлен на американский марсоход, который должен отправиться к Красной планете в этом году. Прибор сделан ИКИ в рамках сотрудничества Роскосмоса и НАСА без предварительного конкурса, потому что там используется активный нейтронный генератор, а в их создании Россия — признанный лидер.
Под конец беседы представители СМИ поинтересовались у молодых ученых, есть ли у них свободное время, чем увлекаются, как отдыхают. Выяснилось, что для них работа и есть хобби. Они редко читают художественную литературу, почти перестали заниматься спортом, а свободное время и даже выходные часто проводят в институте.
— А как ваши жены относятся к тому, что мужчины редко бывают дома?
Кто-то уточнил вопрос:
— Они вами гордятся или выражают недовольство?
— Конечно, гордятся. Но когда в субботу или воскресенье пропадаем на работе, то выказывают недовольство.
Остается надеяться, что поводов для гордости у спутниц лауреатов будет все же больше.
Василий ЯНЧИЛИН
Фото Андрея Моисеева
Нет комментариев