Участник:Shogiru/Луна
О селенотермическом градиенте
Известная на начало XXI века оценка термического градиента Луны, если вдуматься, ошеломляет: он в 60 раз выше, чем на Земле (не менее 2К/метр[1]). С учётом средней приповерхностной температуры Луны (−34 °C[2]), если эта оценка верна, из неё сразу следует неожиданный вывод: что слой, термально благоприятный для жизни, расположен на Луне на глубинах порядка 20-40 метров. Но никто пока не бурил Луну глубже 3,2 м, и если выяснится, что её термический градиент с глубиной быстро убывает (а убывать он обязан, иначе слой магмы начинался бы на Луне на глубине менее километра), или его оценка была по каким-то причинам завышена, то в среднем этот слой расположен глубже (по оценкам миссий «Аполлон-15» и «Аполлон-17» — на глубинах 50—300 метров), но всё равно обязан существовать под всей поверхностью Луны, хотя его глубина в разных местах может сильно варьироваться. Известные проекты лунных баз предполагают их создание если и не на поверхности, то на совсем небольшой глубине, порядка пары метров. Понятно, что это обусловлено крайне низкими начальными техническими возможностями человечества, но делая первые шаги, стоит обдумывать и предстоящий путь.
Этот «слой жизни» может содержать жидкую воду, и даже подлунные озёра: как известно, в лунной коре существует множество подповерхностных пустот, и жидкая вода этого слоя может в них скапливаться, как это происходит на Земле. Расположение этих озёр вероятнее под местами скопления воды на поверхности — кратерами вечной тьмы, средняя поверхностная температура которых крайне низка, и значит там этот слой проходит на значительно бо́льших глубинах, не менее 100 метров.
Вода таких озёр может быть гораздо чище поверхностной, в результате фильтрации сквозь реголит, в то время как у поверхностной с орбиты были найдены существенные тревожные примеси, включая ртуть[3].
Вероятно, в ходе освоения Луны детальные данные об этом слое приобретут высокую стратегическую значимость.
Обильная метеоритная бомбардировка Луны в прошлом позволяет предположить, что в данном слое может сохраняться весьма значительный (гораздо больше изучаемого на текущем начальном этапе Второй лунной гонки поверхностного) запас воды, принесённой на Луну кометами и заглублённой в моменты столкновений.
По текущей теоретической модели строения Луны, под слоем реголита, толщиной порядка нескольких десятков метров, начинается слой базальта. Если эта модель верна, он также может способствовать концентрации воды, не позволяя ей уйти на значительную глубину.
Удары падавших на Луну тел, сминая её поверхность[4], выделяли столько энергии, что вещество края импактора и материал лунной коры в момент удара плавились и даже испарялись. Для достаточно большого тела этой энергии не хватало, чтобы расплавить середину падавшего тела, однако лёд его краёв, растапливаясь или испаряясь, мог концентрироваться в отдельных лакунах, что позволяет предположить повышенную вероятность нахождения подлунных озёр между центром и краями крупных кратеров (для уточнения расстояния до центра нужно уметь вычислять по кратеру диаметр создавшего его импактора). При их поиске важен и состав импактора, который можно «вычислять», исследуя материалы выброса, однако всё это дело лунной геологии далёкого будущего.
Особый интерес при освоении Луны представляют лежащие в этом слое и пересекающие его лунные лавовые трубки. На это обратили внимание японцы, лейтмотивом лунной программы которых, начиная с зонда «Кагуя», является изучение лавовых трубок и входов в них (первым проектом такого непосредственного исследования предполагалось сделать в 2024 году АМС SLIM), в то время как большинство остальных участников гонки больше сконцентрировано на изучении полярных регионов из-за преимуществ, предоставляемых их поверхностными условиями. Согласно расчётам, равновесная температура внутри лунной лавовой трубки на любой глубине равна примерно 17 °C[5].
Такой «слой жизни» может иметься и у любого другого крупного небесного тела с дифференциацией недр и неостывшим ядром, аналогично подлёдным океанам ледяных спутников и карликовых планет.
О возможности жизни на поверхности Луны в прошлом см. напр.[6] (Вкратце: потенциальная возможность была, но конкретных данных пока, конечно, нет). А возникнув раз на поверхности, после ухода атмосферы «микробная» жизнь потенциально могла сохраниться в термально благоприятном слое. Хотя возникает вопрос к физикам, насколько глубоко в грунт «проникает» вакуум.
Прим.: Некоторые из этих идей высказывал Владимир Сурдин (источник, к сожалению, не помню). Видимо, они отложились в подсознании, и тут представлены в несколько преломлённом и «додуманном» виде. Упоминаются они и в[7]. Если эта тема в науке более детально разрабатывалась, было бы интересно почитать.
Динамика Второй лунной гонки позволяет надеяться, что проверку данных гипотез человечество осуществит уже в ближайшие десятилетия.
О перспективах селенотермальной энергетики
В силу 300-градусного лунносуточного перепада температур на всей поверхности Луны кроме её полярных регионов, источник постоянной равновесной температуры совсем неглубоко под поверхностью в каждой точке открывает хорошие потенциальные возможности для развития селенотермальной энергетики, отдельные технологии которой уже давно отработаны на Земле, хотя конечно и требуют существенной доводки для совершенно иных условий. В частности, как и для поиска подлунных озёр, потребуется развитие технологий бурения Луны.
Вкупе с возможностью существования подлунных озёр, это может в будущем коренным образом изменить стратегию Второй лунной гонки, в которой сейчас практически все участники сконцентрированы на исследовании полярных регионов именно в силу высокой важности функционала «вода * энергия». Вероятно, важную роль в возможном пересмотре этого подхода будут играть и места расположения входов в лунные лавовые трубки[8].
Свет
- Мощность Солнца: 3,827⋅10²⁶ Вт
- Мощность света, достигающего Земли: 1360,8*π*6371300² = 1,735⋅10¹⁷ Вт (1360,8 Вт/м²)[9]
- Мощность света, достигающего Луны: 1360,8*π*1737100² = 1,290⋅10¹⁶ Вт (1360,8 Вт/м²)
- Мощность света, рассеиваемого Луной (отражаемого на всю полуплоскость): 8,64⋅10¹⁴ Вт (864 ТВт)
- Мощность отражённого света Земли, достигающего Луны: (Вт/м²)
- Мощность отражённого света Луны, достигающего Земли: 70 ГВт (544 Вт/км²) — в 2,5 млн раз слабее солнечного.
- Мощность пепельного света Луны в новолунии, достигающего Земли: 3 МВт (0,023 Вт/км²) — в 24 000 раз слабее отражаемого Луной солнечного[10].
- Суммарная мощность как отражённого, так и пепельного света Луны (на полусферу) примерно в 8000 раз больше достигающего Земли (рассчитать точнее).
- Геометрическое альбедо Земли = 0,367; Луны = 0,12
- Сферическое альбедо Земли = 0,306, Луны = 0,067[11].
- Угловой размер Луны, видимый с Земли ≈0,5° (≈ угловому размеру Солнца).
- Угловой размер Земли, видимый с Луны ≈1,85°.
Примечания
- ↑ Курс общей астрофизики, с.530 Архивная копия от 29 января 2022 на Wayback Machine // Мартынов Д. Я., М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1988.
- ↑ Корабль ORION и ракета SLS, база на Луне и колонизация. Неземной подкаст // В. Г. Сурдин
- ↑ На Луне нашли воду, ртуть, серебро и много чего еще
- ↑ Связь подповерхностных пустот Луны с масконами
- ↑ Thermal and Illumination Environments of Lunar Pits and Caves: Models and Observations From the Diviner Lunar Radiometer Experiment // Tyler Horvath, Paul O. Hayne, David A. Paige, 8 июля 2022 (англ.)
- ↑ Was There an Early Habitability Window for Earth’s Moon? // «Astrobiology» Vol.18, No. 8 (англ.)
- ↑ ДАЖЕ НА ЛУНЕ КТО-ТО ЖИВЕТ // РАН
- ↑ Сформулировалось в ходе обсуждения на Веруме.
- ↑ Имеются в виду солнечные лучи, продолжение которых пересекает тело Земли. Реально чуть больше: добавка улавливается атмосферным лимбом.
- ↑ Kvant. Свет Луны
- ↑ Альбедо // Астронет, статья В. Г. Сурдина, ГАИШ
Ссылки
- The Moon Wiki (англ.)
- Археологическая разведка Луны.
- Взрывные работы на Луне // «Техника — молодёжи», № 5, 1965.
- Бурение разведочных скважин на Луне (российский проект, до 100 м), проект бурения НАСА (до 90 см), британские хотелки (более 100 м за $1G, смешно).
- В ТЗ «Зевса» входит картографирование верхнего покрова Луны глубиной до нескольких километров.
- Юридический аспект: Луна раздора («Русский космос» № 3 2020, стр. 6-13)
- Астрономы объяснили, как на Луне могли оказаться запасы воды с Земли // РГ, 28 апреля 2022 — тоже с упоминанием гипотезы лунной подповерхностной воды.
- В лавовых трубках на Луне может находиться вода (гипотеза японцев после открытий «Кагуи»), источник (англ.)
- Алексеев В., Лебедев Л., М. За лунным «камнем». — «Машиностроение», 1972. — 120 с.
Не Луна, но всё же
- О попытках измерить термический градиент Марса (безуспешно).
- Ученые нашли на Марсе следы ледяного озера и подтвердили возможность существования жидких озёр под марсианскими полярными шапками
- The subsurface penetrating radar on the rover of China’s Mars 2020 mission («бьёт» на глубину до 100 метров)
- На спутнике Юпитера нашли следы мелких озер, пригодных для жизни — о жидкой воде на Европе близко к поверхности.