Луна. История будущего - Оливер Мортон

По крайней мере, так было на протяжении последних нескольких миллиардов лет. Но около 25 года антропоцена Гринспуна в темные кратеры стали проникать другие типы излучения. Сначала радары, а затем и лазеры светили в них с орбиты, чтобы оценить их глубину. Другие инструменты блестяще использовали сами звезды, регистрируя отражения их ультрафиолетового излучения от внутренней поверхности кратеров. Вместе эти и последующие исследования предоставили убедительные доказательства наличия слоистого льда на дне глубоких кратеров.

Это очень обрадовало энтузиастов возвращения на Луну. Слоистый лед на полюсах можно использовать для обеспечения водой и кислородом исследовательской базы или даже постоянного поселения, существенно снижая необходимость везти все нужное с Земли. При диссоциации, то есть разделении молекулы воды на водород и кислород получается высококачественное ракетное топливо и идеальный окислитель для его сжигания.

Вторым сокровищем, которое столкновения принесли на Луну, можно считать фрагменты инопланетных пород. Столкновения, доставляющие метеориты с Земли на Марс, приносят гораздо большее их количество на поверхность Луны, где также есть метеориты с Марса и Венеры. На лунных равнинах разбросаны случайные фрагменты всех внутренних планет — вероятно, в основном они погребены под поверхностью из-за медленного, но непрерывного потока новых столкновений. Но при внимательном осмотре наверняка можно найти хотя бы некоторые метеориты.

В красиво озаглавленной статье, опубликованной в 2003 году, трое планетологов предположили, что Луну можно сравнить с «чердаком Земли»: никто точно не знает, что на нем хранится, и хлама там тоже немало, но интересного при этом гораздо больше, чем кажется, и многие вещи даже старше, чем можно подумать. Там могут быть ценные диковины. Там могут быть семейные реликвии.

К ценным диковинам можно отнести около 30 кг венерианских пород на каждые 100 км2 лунной поверхности. Найти их — задача не из легких. Впрочем, получить образцы с Венеры вообще нелегко, учитывая, что температура ее поверхности составляет 440 °C, а атмосфера планеты в 100 раз толще земной. Совершить посадку там уже непросто — это удалось лишь двум советским аппаратам[47], но и они не продержались дольше нескольких часов. Совершить посадку, собрать образцы и вернуться на орбиту — а с поверхности Венеры это сделать почти так же сложно, как с поверхности Земли, — невыполнимая задача на текущем этапе развития технологий. Даже если бы это было возможно, аппарат принес бы лишь фрагменты сегодняшней, относительно молодой, покрытой лавой коры. Достать кору, которой миллиарды лет и которая сформировалась до появления плотной атмосферы, когда Венера вполне могла быть океаном, не получилось бы[48]. Но ее фрагменты могут обнаружиться на Луне, поскольку перенос пород между внутренними планетами в основном состоялся при бомбардировках в катархее.

Какой бы объем венерианской породы ни оказался на Луне, земной породы там гораздо больше. На тех же 100 км2, где ученые при везении могут отыскать 30 кг венерианских пород, предложившие теорию о «чердаке Земли» исследователи ожидают обнаружить 20 тонн земной породы. Большая ее часть должна датироваться катархейским эоном — тем самым эоном, о котором на Земле свидетельств почти не осталось, поскольку планета постоянно находит своим породам новое применение. В начале 2019 года геологи из Хьюстона объявили о предполагаемом обнаружении одного такого фрагмента в доставленной «Аполлоном-14» брекчии.

На основе Grinspoon (2016), Goldblatt et al (2016) и авторской прихоти

Планетология не только распространила на всю Солнечную систему характерные для земной геологии практики и хронологическую периодизацию, говоря хоть о катархее, хоть об антропоцене, но и выяснила, что древнейший, ценнейший и редчайший предмет геологии находится не в земле, а в небесах. Джеймс Несмит ошибся насчет того, что Луна сохранила вид ранней вулканической Земли, но был прав, посчитав ее местом, где хранятся пережитки творения.

Если где-то во Вселенной и можно обнаружить породы, хранящие следы древнейшей земной жизни, велики шансы, что они обнаружатся на Луне.

Чтобы достичь Луны, нужно решить не только и не столько проблему расстояния. Проблема скорости важнее. Космические корабли, как планеты и спутники, постоянно падают, поскольку траектории их полета определяются гравитационными полями Солнца и ближайших малых небесных тел. Чтобы перейти с одной траектории на другую, нужно изменить скорость в верном направлении на верную величину. Изменение скорости, необходимое для перехода с одной орбиты на другую, называется «характеристической скоростью». Чтобы добраться с поверхности Земли до поверхности Луны, требуется характеристическая скорость около 15 километров в секунду.

Выходить на нее следует поэтапно: каждый раз, когда космический корабль меняет траекторию, ему необходима дополнительная доза характеристической скорости. Больше всего ее нужно в самом начале. Чтобы выйти на низкую околоземную орбиту, космический корабль должен развить скорость около 7,7 км/с. На практике, чтобы преодолеть всевозможное сопротивление, нужно разогнаться примерно до 9 км/с.

С почти круговой околоземной орбиты космический корабль должен выйти на эллиптическую, перигей которой находится близко к Земле, а апогей — возле Луны. Для этого требуется характеристическая скорость около 3 км/с. У Луны космический корабль снова должен изменить траекторию, чтобы выйти на окололунную орбиту. Для этого нужен еще 1 км/с.

Если космический корабль должен совершить посадку с окололунной орбиты, ему потребуется еще 2 км/с, чтобы потерять орбитальную скорость и оказаться в стационарном положении на поверхности Луны.

Благодаря отсутствию атмосферы можно подойти очень близко к поверхности, не предпринимая финального шага. Космические корабли обращались вокруг Луны на высоте около 30 км и иногда спускались даже ниже. Однако при движении по окололунной орбите возникают другие проблемы. Масса лунной коры распределяется неравномерно, и скопления массы в морях становятся фантомными рифами, издалека сбивая низколетящие спутники, если только их орбиты не разработаны таким образом, чтобы волнения нивелировали друг друга. В то же время орбиты выше 1200 км дестабилизируются из-за притяжения Земли.

Если движение по окололунной орбите порой сопряжено с трудностями, возвращение на Землю дается легко. Когда космический корабль летит к Луне, гравитационное поле Земли притягивает его обратно: фактически он поднимается в гору. На обратном пути, как только корабль покидает гораздо более слабое гравитационное поле Луны, в дело вступает земное тяготение. В конце падения характеристическую скорость можно получить бесплатно, преобразовав скорость падения в невыносимый жар вхождения в атмосферу. Чтобы вернуться в Тихий океан с Базы Спокойствия, Нилу Армстронгу и Баззу Олдрину понадобилось менее 3 км/с, даже с учетом небольшого отклонения от маршрута, чтобы забрать Майкла Коллинза. Как замечает один из героев фильма «Место назначения — Луна», с этим путешествием справилась бы даже такая маленькая и примитивная ракета, как «Фау-2».