Выхлопы лунных аппаратов могут скрыть ключи к происхождению жизни

Более половины метана из выхлопов лунных космических аппаратов может загрязнить области Луны, способные дать ключи к происхождению жизни на Земле, согласно новому исследованию. Загрязнение может распространиться быстро независимо от места посадки; даже при посадке на Южном полюсе молекулы метана могут «перепрыгнуть» к Северному полюсу менее чем за два лунных дня.

По мере роста интереса к лунным исследованиям со стороны правительств, частных компаний и НПО, становится критически важным понять, как освоение может повлиять на научные возможности. Это знание поможет в создании стратегий планетарной защиты для лунной среды и миссий, призванных минимизировать воздействие на неё и содержащиеся в ней ключи к нашему прошлому.

Исследование опубликовано в Journal of Geophysical Research: Planets.

«Мы пытаемся защитить науку и наши инвестиции в космос», — заявил Сильвио Синибальди, офицер по планетарной защите Европейского космического агентства и старший автор исследования.

Луна — это естественная лаборатория, богатая открытиями, но, по иронии, «наша деятельность может фактически препятствовать научным исследованиям».

В постоянно затенённых областях (permanently shadowed regions) на полюсах Луны содержится лёд, в котором могут находиться материалы, доставленные на Луну и Землю кометами и астероидами миллиарды лет назад. Учёные надеются, что среди них могут быть «пребиотические органические молекулы» — ключевые ингредиенты, которые в определённых условиях могли объединиться, образовав первоначальные строительные блоки жизни, такие как ДНК. Их обнаружение в первозданном виде позволило бы изучить, как они привели к возникновению жизни на Земле.

«Мы знаем, что в Солнечной системе есть органические молекулы — например, в астероидах, — сказал Синибальди. — Но как они пришли к выполнению специфических функций, как в биологической материи, — это пробел, который нам нужно заполнить».

Динамичная, постоянно меняющаяся поверхность Земли, вероятно, давно стёрла следы этих исходных молекул. Поверхность Луны, части которой оставались относительно неизменными миллиарды лет, может сохранить лучшую запись — особенно в постоянно затенённых областях, где молекулы накапливаются из-за низких температур, замедляющих их движение. К сожалению, это может относиться и к молекулам, выброшенным лунными аппаратами, что потенциально скроет нетронутые свидетельства материалов, породивших жизнь.

Молекулярная гонка

Синибальди и Франсишка Пайва, физик из Instituto Superior Técnico и ведущий автор исследования, создали компьютерную модель для симуляции такого загрязнения, используя в качестве примера миссию ESA «Аргонавт». Моделирование было сосредоточено на том, как метан — основное органическое соединение в выхлопе при сгорании топлива «Аргонавта» — может распространиться по лунной поверхности после посадки на Южном полюсе.

В то время как предыдущие исследования изучали движение молекул воды на Луне, для органических молекул, таких как метан, этого сделано не было. Новая модель также учитывала влияние солнечного ветра и УФ-излучения на поведение метана.

«Мы пытались смоделировать тысячи молекул, их движение, столкновения друг с другом и взаимодействие с поверхностью, — сказала Пайва. — Это требовало огромных вычислительных мощностей. Каждое моделирование приходилось запускать на дни или недели».

Модель показала, что выхлопной метан достигает Северного полюса менее чем за два лунных дня. В течение семи лунных дней (почти семи земных месяцев) более половины всего выхлопного метана было «холодно захвачено» на полюсах — 42% на Южном и 12% на Северном.

«Самым большим сюрпризом были временные рамки, — сказал Синибальди. — За неделю молекулы могут распределиться от Южного до Северного полюса».

Отчасти это связано с тем, что на Луне практически нет атмосферы, о которую можно было бы столкнуться. Сдерживаемые только гравитацией, молекулы метана свободно перемещаются по лунному ландшафту, как мячики в пустой комнате, получая энергию от солнечного света и замедляясь от холода.

«Их траектории по сути баллистические, — сказала Пайва. — Они просто прыгают с одной точки на другую».

Это вызывает беспокойство, потому что означает, что, возможно, не существует абсолютно безопасных мест для посадки: «Мы показали, что молекулы могут путешествовать по всей Луне. В конечном итоге, куда бы вы ни сели, загрязнение будет везде».

Это не означает, что нельзя ничего сделать для минимизации загрязнения. Более холодные места посадки, по словам Пайва, всё же могут удерживать выхлопные молекулы лучше, чем тёплые. Также могут быть способы обойти проблему: Синибальди хочет изучить, могут ли выхлопные молекулы просто оседать на ледяной поверхности постоянно затенённых областей, оставляя материал под ними нетронутым для исследований.

Прежде всего, по словам авторов, результаты нуждаются в подтверждении как дополнительными симуляциями, так и реальными измерениями на Луне.

«Я хочу вынести это обсуждение в команды миссий, потому что в конечном счёте это не теория — это реальность, что мы туда отправимся, — сказал Синибальди. — Мы упустим возможность, если не будем иметь на борту приборов для валидации этих моделей».

Пайва надеется изучить, могут ли молекулы, отличные от метана, включая те, что содержатся в материалах аппаратов (краска, резина), также представлять риск для исследований.

«У нас есть законы, регулирующие загрязнение земных сред, таких как Антарктида и национальные парки, — сказала она. — Я думаю, Луна — такая же ценная среда, как и они».