Нам нужно на Луну. 3 главных причины
Видео + текстовая версия
Текстовая версия.
Неужели не правы те, кто скажет: Луна — это просто кусок камня. Большая серая глыба в вакууме, покрытая толстым слоем пыли. Прилетел, постоял в скафандре посреди пустыни — и дальше что?
«Базу построим!» — зачем? Ночью там холоднее местами, чем на далёком Плутоне, а днём — как в духовке при умеренной прожарке. Только без воздуха. Если хочется экстремальных условий — у нас и на Земле их хватает: Сахара, Антарктида, Гималаи, Марианская впадина. Воздух и вода есть, и добраться туда дешевле, чем за миллиарды.
«Зато на Луне гелий-3 — топливо будущего!» Да, вот только реактора, который на нём работает, нет. И неизвестно, когда появится и появится ли вообще.
Я бы согласился с таким взглядом по многим пунктам — если бы Луна была всего лишь тем, чем её представляют очень многие. Но она совсем не такая. То есть не только такая. Именно поэтому нам нужно туда — и лучше поскорее.
У меня три аргумента, по разделу на каждый.
Первый — любопытство. Луна полна загадок, даже в том, что многим кажется давно решёнными для науки вопросами.
Второй — выгода. Это почти идеальный полигон для освоения дальнего космоса, зарождения внеземной экономики и драйвер развития тех областей науки и технологий, которые сейчас буксуют или простаивают именно потому, что привязаны к Земле.
Третий — цивилизационный. Расколотый мир однажды смог — пусть символически, но всё же — объединиться вокруг лунного проекта. Сегодня нам это нужно снова. И это стало бы хорошим прологом для перехода к статусу межпланетной цивилизации.
Загадки Луны
Строго говоря, мы не так уж много знаем и понимаем про Луну. И это прекрасно — предстоит сделать много важных открытий.
Согласно учебникам, некая планета размером с Марс протаранила Землю, выбила часть материала, из которого образовался пояс обломков, а тот собрался в Луну. Но вопросов у этой теории больше, чем она решает.
По многим расчётам, Луна должна состоять преимущественно из обломков планеты-тарана — а значит, заметно отличаться от Земли по химическому составу, как отличаются Марс или метеориты. Но Луна — геохимический близнец Земли. Куда делись специфические изотопы пришельца? Инородных следов мы не находим. Эта нерешённая проблема называется «изотопным кризисом».
Подобных вопросов, расшатывающих общепринятую теорию ударного происхождения Луны, становится всё больше. Чтобы спасти её, учёные вынуждены предлагать весьма экзотические — хотя и вполне научные — сценарии. Например, превращение Земли в плазменный бублик в какой-то момент далёкого прошлого.
В недавнем большом обзорном исследовании авторы собрали всё достоверно установленное в рамках теории ударного происхождения и обнаружили: ключевая — каноническая — модель не справляется. Орбиту она воспроизводит правильно, а химическую картину — нет. Не справляются и альтернативные модели.
Проверяли в симуляциях разные сценарии.
Модель множественных ударов: по Земле пришлось не менее двадцати мелких ударов, каждый выбивал мини-луну, а потом они слипались в единое тело.
Модель лобовой катастрофы: сталкиваются две планеты примерно одинакового размера, но каждая не больше половины современной Земли. От чудовищного удара всё перемешивается, они сливаются в Землю, изотопы более-менее равномерно по ней размазываются — а на сдачу образуется облако обломков и пыли, которые и становятся Луной.
Модель синестии — пожалуй, самая впечатляющая. Из-за колоссальной энергии удара планеты испаряются и превращаются в синестию — вращающийся тор из раскалённого пара и магмы. Луна конденсируется уже внутри этого облака, поэтому её изотопный состав совпадает с земным.
Но при проверке оказывается, что все эти концепции полны натяжек и слабых мест, и ни одна не справляется с двумя критическими вопросами.
Почти во всех сценариях удар должен быть немыслимой силы — а значит, после него система Земля-Луна должна вращаться куда быстрее, чем сейчас: по некоторым расчётам, в два раза.
И другая проблема — потеря летучих веществ. Это те, что легко выкипают при нагреве: не только вода и газы, но и в обычных условиях вполне твёрдые элементы — калий, натрий, цинк, рубидий, свинец. Так вот на Луне почти нет воды и очень мало летучих веществ по сравнению с Землёй. Если Луна слепилась из того же материала — а по изотопам она почти идентичный близнец Земли — куда делись все эти легкокипящие элементы?
Пробовали объяснять и тем, что Земля как жадный пылесос стянула на себя газовую оболочку, и тем, что Луна всё же обзавелась своей атмосферой, но со временем лишилась её. Но ни одно объяснение пока не стало общепринятым. Всё время появляются новые данные, которые не вписываются то в одну теорию, то в другую. А в науке так принято: тем хуже для теорий, а не для данных.
Теория ударного происхождения, расходящаяся по швам, — пока лучшее, что у нас есть. Точнее, лучшее из худшего.
Мы привыкли думать о Луне как о безжизненном куске камня. Но он дрожит. Часто. И довольно сильно.
Про лунотрясения редко говорят даже специалисты, хотя известны они с середины прошлого века. Но лишь недавно стало ясно, насколько они сильны и повсеместны. В зоне риска — места потенциальных высадок и, если доживём, лунных баз. Причём другое свежее исследование — по старым данным миссии «Аполлон», обработанным современными алгоритмами — показало, что лунотрясений происходит в два с половиной раза больше, чем считалось.
Казалось бы, сейсмоустойчивые конструкции строить умеем — в чём проблема? Но лунная тряска совсем не похожа на земную.
На Земле землетрясение длится секунды, в редких случаях — пару минут. Земная кора содержит воду, мантия горячая и пластичная — всё это на разных этапах гасит сейсмические волны.
Лунотрясения могут длиться часами. Луна сухая, холодная и в буквальном смысле жёсткая — нечему гасить сейсмическую волну. Хуже того: поверхность покрыта мегареголитом — слоем породы, разбитой в труху за миллиарды лет метеоритных ударов, мощностью в километры. Волна начинает метаться в этом сухом раздробленном камне, часами отражаясь от трещин и пустот. Именно это имеют в виду, когда говорят, что Луна звенит как колокол.
В таких условиях поверхность идёт множеством трещин, целые кратеры засыпаются оползнями. Следы подобных разломов в большом количестве обнаружены в новом исследовании — там, где прежде не видели никакой сейсмической активности, в лунных морях — и составлена первая глобальная карта малых тектонических гряд.
Внутри Луны, судя по данным с зондов и посадочных аппаратов, ядро не остывшее, но и не горячее. Насколько именно — мы не знаем. Судя по всему, оно мягкое. Луна до конца не промёрзла за миллиарды лет — почему, тоже неясно. Но она продолжает остывать, от чего буквально сжимается: по последним подсчётам, потеряла до двухсот метров в диаметре за последний миллиард с лишним лет. Это создаёт одно из условий для лунотрясений. Вдобавок гравитация Земли то сильнее, то слабее тянет спутник при сближении. Правда, на полноценное геологическое динамо мощности у лунного ядра уже давно не хватает — отсюда и отсутствие магнитного поля. А с этим связана другая загадка.
Луна почти в четыре раза меньше Земли в диаметре, в 81 раз меньше по массе, а её гравитация слабее в шесть раз. Ядро у неё физически не могло поддерживать стабильное мощное магнитное поле миллиарды лет. Но на Луне полно магнитных аномалий — от нескольких километров до сотен и тысяч. Одна из них, Рейнер Гамма, и вовсе претендует на звание мини-магнитосферы: незримо поднимается на высоту до двадцати восьми километров, охватывает радиус в сотню километров и заметно отклоняет плазму солнечного ветра — локально, только над этой зоной.
Новое исследование по данным корейского орбитального аппарата подтвердило существование ещё нескольких мощных аномальных регионов. Почему они возникли — мы до сих пор не понимаем. Ясно лишь, что это остаточная намагниченность после чего-то. Но после чего? И почему именно в этих местах, спустя миллиарды лет после угасания лунного динамо?
Серия новых исследований указывает, что по крайней мере некоторые аномалии могут быть следствием пульсирующего магнитного поля: оно на тысячи лет усиливалось, затем затухало, потом снова вспыхивало и накрывало Луну, намагничивая породы. Долгое время считалось, что это в принципе невозможно — размер лунного ядра физически не позволяет создать динамо, сопоставимое с земным. Но остаточная намагниченность свидетельствует именно о таком поле.
Парадокс, по всей видимости, разрешается, если допустить, что из верхних слоёв мантии тонули холодные и плотные титансодержащие породы — опускаясь к границе с раскалённым тогда ядром. В моделях это порождает интенсивные магнитные поля короткими по историческим меркам вспышками. И могло бы объяснить неравномерность аномалий: намагничено сильнее там, где под корой воспламенялось очередное «титановое полено».
Из таких асимметрий и малопонятных особенностей Луна, кажется, состоит вся. Откуда её двуликость? С лицевой стороны — гладкие равнины и моря, залитые древней лавой. С обратной — сплошная гористая, изрытая кратерами чересполосица. Почему? Почему радиоактивные элементы и лавовые бассейны сосредоточены преимущественно на одном полушарии? Откуда вода в полярных кратерах — принесли кометы и астероиды, или её «наработал» солнечный ветер, или это побочный продукт древнего вулканизма?
Чтобы продвинуться от догадок к доказательствам, на Луну нужно возвращаться — с приборами, бурением, сейсмическими сетями и образцами из самых труднодоступных мест. Не обязательно людьми: роботы справляются всё лучше.
Но одних научных экспедиций недостаточно, если мы всерьёз хотим проложить путь в дальний космос. Об этом — следующий раздел.
Выгода: лунная экономика
Не все осознают это, читая новости об очередных полётах к Луне. Но сейчас мы — человечество — летим туда всерьёз и надолго: американцы с людьми на борту, китайцы с роботами. Главные лунные программы выстроены и финансируются так, чтобы на этот раз закрепиться там.
От мотивации сильно зависит, не окажется ли это закрепление временным. Если речь о мечте — она, даже самая светлая, может в один момент испариться. Куда надёжнее экономический интерес.
Если Луна начнёт приносить реальные деньги, туда потянутся те, кто умеет добывать, строить, страховать и зарабатывать.
Финская частная компания под конец прошлого года заключила крупнейший в истории контракт на поставку гелия-3 — впрочем, это было несложно, поскольку таких контрактов прежде почти не существовало. За десять тысяч литров лунного гелия-3 в год компания будет платить американскому поставщику 300 миллионов долларов на протяжении почти десяти лет, а поставки должны начаться в 2028 году. При том, что пока не добыто ни грамма и ни единицы техники для добычи на Луне ещё нет. В чём коммерческий смысл? Гуляют на свои — не наивные люди, должны понимать, на чём здесь заработать.
Про гелий-3 обычно говорят как про топливо для несуществующих пока термоядерных реакторов. Но без него уже сегодня трудно приходится тем, кто занимается квантовыми технологиями и отдельными направлениями медтехники. Та самая финская компания производит так называемые разбавительные холодильники — устройства, которые охлаждают рабочую зону квантовой установки до температур в единицы микрокельвинов, рекордно низких из всего, что мы когда-либо наблюдали. Рабочая смесь для этого — из редчайшего гелия-3.
На Земле его получают не из природных источников, а как побочный продукт при создании ядерного оружия — от распада трития. Пока хватает, потому что квантовые технологии ещё не вышли на большие масштабы. Но если последние квантовые прорывы разовьются во что-то большее, чем громкие заголовки, вся индустрия может застопориться на годы из-за банального дефицита гелия-3. Финны предусмотрительно вложились в страховку — и заодно диверсифицируют поставки: сейчас они зависят по сути от военных, причём далеко не от финских. А настроения в последнее время у всех какие-то неустойчивые.
Контракты на поставки лунного гелия-3 поскромнее заключили ещё несколько компаний — в сумме уже набралось на полмиллиарда долларов.
А будущие поставщики уже подписали контракт с производителем тяжёлой техники. Инженеры, прежде делавшие земные экскаваторы, собирают прототип лунного — способного перерабатывать сто метрических тонн реголита в час. Вместо ковша — траншеекопатель: копает, сортирует грунт и извлекает ценные фракции. По размеру — с обычный электромобиль. Уже испытан в условиях микрогравитации на самолёте с параболическим полётом. На следующий год намечена демонстрационная миссия на Луну — планируют добыть первые полцентнера реголита.
Японский промышленный гигант Komatsu тоже не отстаёт: на главной выставке электроники прошлого года показал лунный электроэкскаватор, работающий при температурах от +110 до –170 градусов. Правда, по мощности, судя по всему, уступает конкурентам, которые уже пакуют прототип на Луну. А это существенно — для получения сколько-нибудь значимых объёмов гелия-3 нужно перемолоть миллионы тонн реголита. Сопоставимо с масштабами добычи меди на Земле.
Но квантовых потребностей одних явно недостаточно, чтобы запустить полноценную лунную экономику. Как и медицинских — гелий-3 в медицине используется в очень узкой нише: при исследовании вентиляции и структуры лёгких во время специальных МРТ-процедур. Важно, но не на миллиарды в год.
Исторически экономика лучше всего разрасталась вокруг какого-то ресурса, критически важного для производства чего-то ценного. Здесь таким ресурсом неожиданно могла бы стать вода. Да, на такой сухой Луне.
В апреле прошлого года миссия PRIME-1, почти не вызвав интереса у мировых СМИ, испытала первый лунный бур для добычи воды. В рамках большой программы «Артемида» NASA запустило программу использования ресурсов на месте (ISRU): частные компании уже обкатывают технологию одновременного получения кислорода и металлов через электролиз реголита — за один процесс решаются сразу две задачи, а побочным продуктом получаются железо и алюминий. Параллельно испытываются карботермические реакторы для производства ракетного топлива прямо на Луне. Каждый килограмм, не поднятый с Земли, экономит десятки тысяч долларов — а только для первого этапа нужны сотни тонн, включая топливо.
Основы лунной экономики уже закладываются. Создаются ключевые технологии. Пока это скорее государственная воля, чем коммерческий интерес в чистом виде — «мы считаем, что нам надо». Сегодня надо, а завтра нет — такое уже бывало, в том числе с первой лунной программой, разработки которой даже толком не сохранили.
Но иногда же получается — как было с Кремниевой долиной. Довели до ума, не бросили. Долина — чистейшее порождение государственных инвестиций, азарта лучших умов в погоне за лучшими научными и инженерными карьерами. Мы получили ключевые технологии второй половины двадцатого — и двадцать первого — века. От микрочипов до GPS и искусственного интеллекта. Образ гаражных стартаперов заслонил в памяти то, что началось всё с институтов на государственном финансировании и целевых программ — DARPA, NASA, Национальный научный фонд. Это они стояли за тем, что рынок потом адаптировал и продал широкой публике. Почти весь айфон собран из технологий, которые не появились бы без того, что государство взяло на себя риски и вкладывало очень длинные деньги годами в фундаментальные и прикладные разработки.
Сегодня развитые страны тратят на военные нужды примерно столько же, сколько на исследования и разработки. Деньги и желание есть. Не хватает, пожалуй, одного — уверенности, что это не очередной раунд космического энтузиазма, который через пять лет тихо свернут. Но если не свернут — если дотянут хотя бы до первого килограмма ракетного топлива на лунном свечном заводике — это будет уже всерьёз и надолго. Примерно как первый транзистор: последствие его появления тогда никто не мог оценить, даже его создатели.
Луна как цивилизационный проект
Когда людей отправят жить и работать на Луну надолго — а программа «Артемида» именно это и предполагает — придётся с нуля создавать медицину для условий, где гравитация составляет одну шестую земной. Опыт невесомости на МКС тут мало поможет: это другие условия, хотя со стороны кажется, что плюс-минус одно и то же. Как ведут себя сердце, кости, мышцы, иммунная система в таких условиях — мы не знаем. Нужна целая дисциплина, которой пока просто не существует. NASA уже разрабатывает для этого систему непрерывного мониторинга здоровья астронавтов — предполагается, что она будет полностью автономной, без связи с Землёй: сама следит за показателями крови, сердца, дыхания и помогает принимать медицинские решения на месте.
Вроде бы речь про космос. А условия — те же, что как минимум у половины человечества за пределами больших городов.
Программа «Аполлон», кстати, подарила землянам медицину будущего — от ультразвуковой диагностики до охлаждающих костюмов, от миниатюрных хирургических камер до портативных анализаторов крови. И это лишь ради нескольких прыжков по лунной поверхности. Здесь же задел с самого начала на большее.
Биологи уже пробуют выращивать растения в лунном грунте — в лабораторных условиях — и у них получается. Все растения в недавнем эксперименте успешно проросли. Только этого оказалось мало: корни развивались медленнее, листья были мельче, чем у растений в обычном грунте. Генетический анализ показал сильнейшие стрессовые реакции — как будто растения росли в засолённой или загрязнённой тяжёлыми металлами почве. Причину выяснили: солнечный ветер за миллиарды лет перевёл железо в реголите в агрессивную ионизированную форму.
Решаемо — как и множество других проблем. А для этого придётся продвигаться в агробиологии туда, куда прежде не совались: серьёзные люди научной фантастикой не занимаются. Теперь научная фантастика — рабочий план.
Становясь лунной цивилизацией, мы — пусть в мелочах на первый взгляд — приподнимаем и остальное человечество.
Пока мы смотрим на Луну с порога и не заходим в гости — мы бедные родственники. МКС — это прогулки на заднем дворе собственного домика. Когда мы начнём по-настоящему теснить космос, прокладывать путь и создавать условия, чтобы сделать Луну хотя бы дачей, — мы станем межпланетной цивилизацией. Начинающей — а значит, нам предстоит многому научиться в новом статусе.
На первый взгляд — наивный аргумент: запустить мирную дипломатию новой разрядки, как уже проделывали, когда СССР и США в разгар противостояния запустили совместную программу «Союз — Аполлон». Войн на периферии это не остановило, но с трибун уже никто не грозил кулаком. Улыбались с фигой в кармане и ракетами за спиной — но работали вместе, учились друг у друга, создавали новое. Разве не стало тогда чуть спокойнее? Разве не станет сейчас, если повторить хотя бы на таком — терапевтическом — уровне?
Нам сейчас это нужно не меньше, чем тогда.
Как считаете?