Наше місце на Місяці

Рік розпочався з гучних новин із Місяця: 3 січня китайська автоматична міжпланетна станція «Чан’є-4» здійснила м’яку посадку на зворотному боці супутника Землі, потім ми отримали перші в історії панорамні фото цього зворотного боку, а вже незабаром дізнались про першу вирощену там рослину — бавовник. Усе це породило потужну хвилю обговорень, як людство освоюватиме Місяць, коли ми зможемо добувати там корисні копалини і побудуємо постійну базу. Тож не дивно, що на тематичній лекції кандидата фізико-математичних наук, наукового співробітника Головної астрономічної обсерваторії НАН України Анатолія ВАСИЛЕНКА, яка днями відбулася в київському центрі інновацій iHub, не було вільного місця.

Сам пан Анатолій називає «місячну» тему своїм хобі. Взагалі науковець вивчає властивості рентгенівського випромінювання та спектри випромінювання активних ядер галактик (такими називають ядра галактик, процеси в яких не можна пояснити властивостями зірок і газопилових комплексів, з яких вони складаються, розрізняють багато їх класів, серед них, наприклад, квазари). Анатолій Василенко опрацьовує та інтерпретує супутникові дані, щоб досліджувати ці небесні об’єкти. Незабаром він стажуватиметься в одному з відділень Національного інституту астрофізики Італії, в Болоньї, де вивчатиме сейфертівські галактики. А перед тим пан Анатолій розповів про програми колонізації Місяця, про те, які проблеми доведеться вирішувати при спробах створити там місячну базу, яким може бути поселення людей на супутнику Землі, а ще відповів на кілька запитань «Дня». 

ПОВЕРХНЯ

— На поверхні Місяця велика різниця температур на денному і нічному боці: від +130 до -170 градусів за Цельсієм. Атмосфери практично немає, дуже розріджена газова оболонка нашого супутника називається екзосферою, вона формується завдяки частинкам сонячного вітру та руйнуванню метеорних тіл, які падають на поверхню Місяця.

Поверхня Місяця темна, відбиває в середньому усього 8% падаючого на неї світла. Для порівняння, річний пісок відбиває 18% світла, звичайний садовий ґрунт — 3%. Пригадайте, який Місяць яскравий у повні. Уявіть, якби його поверхня відбивала 15% світла, спати було б тяжко (усміхається).

ФОТО МИКОЛИ ТИМЧЕНКА / «День»

Причиною того, що Місяць відбиває мало світла, є місячний ґрунт — реголіт, який являє собою дуже дрібну фракцію. Фактично це каша з кварцового піску, з домішками вулканічної породи, сильно подрібнена внаслідок ударів метеорів різноманітних розмірів. Глибина шару реголіту усього близько 6 метрів. Але внаслідок того, що він дуже подрібнений, у нього низька теплопровідність. Тому глибше одного метра коливання температури на поверхні Місяця вже не відчуваються, підтримується відносно стабільна мінусова температура.

Реголіт схожий на пісок або подрібнений ґрунт у горах. За кольором місячна поверхня може бути не лише сірою, але також коричневою, блакитною, знаходили і породу рожевого кольору. Колір породи залежить від відносного вмісту оксидів заліза та титану. До речі, поверхня місячних морів фактично являє собою вулканічну лаву, й у цих «морських» базальтах незвично висока кількість оксидів титану. Це зменшує відбивну здатність поверхні, тому «морські» ландшафти темні.

Видимий бік Місяця тяжчий фізично, густіший — гравітація фактично притягнула більше матерії в напрямку Землі. Поверхня другого боку кардинально відрізняється, сильно кратерована, тому їх цікаво порівняти.

Поверхня Місяця має велику цінність: там багато корисних копалин, яких на Землі мало, починаючи від титану і закінчуючи ізотопом гелій-3. Останній є одним із найкращих видів палива для контрольованого ядерного синтезу, на основі якого подумують будувати електростанції.

НАВІЩО АСТРОНАВТУ СКОТЧ

— На Місяці побувало шість місій, остання — «Аполлон-17» — у грудні 1972 року. Є світлини, на яких можна побачити, як астронавти, наприклад, Гаррісон Шмітт з «Аполлону-17», збирають проби місячного ґрунту. Між іншим, нахилятися в скафандрі там було дуже незручно: якщо астронавт падав, то для того, щоб піднятися, йому потрібно було відштовхнутися руками і, фактично підлітаючи, стати на ноги.

А у знаменитого місяцемобіля (апарат «Ровер», який астронавти використовували для пересування поверхнею Місяця під час трьох останніх місій «Аполлону. — Ред.) на колесах була не гумова камера з повітрям, а сплетена дрібна металева сітка. Апарат має широкі крила коліс, оскільки реголіт через маленьку гравітацію активно піднімався вгору при русі місяцемобіля. Під час місії «Аполлон-17» один із астронавтів — Юджин Сернан — випадково відламав частину подовжувальної пластини заднього правого колеса, і астронавтам довелось склеювати універсальним скотчем мапу району посадки та прикріплювати затискувачами до залишку крила на «Ровері», адже реголіт розлітався настільки сильно, що буквально повністю вкрив спину скафандра астронавта, який сидів у ближчому кріслі.

РАДІАЦІЯ, МЕТЕОРИТИ ТА ІНШІ ХАЛЕПИ

— Перша проблема при будівництві місячної бази — сонячна радіація, заряджені частинки сонячного вітру. Місяць не має магнітного поля, відповідно, нам треба захищатися від радіації. Перший варіант — створити штучне магнітне поле, але поки це далекі футуристичні плани, у настільки великих масштабах це тяжко. Другий варіант — «закопатися» під поверхню або побудувати товсте укриття, щоб воно поглинало заряджені частинки. 

Друга проблема — метеорити. По суті відсутня атмосфера, тому немає динамічного спротиву для розігрівання і руйнування метеориту, як на Землі.

Труднощів додають перепади температури. У скафандрах астронавтів велике місце займала система терморегуляції, де циркулювала вода, а на поверхні вони були гарячі.

Ще астронавти жалілися, що оскільки реголіт дрібний, він забиває усі можливі щілини. Починаючи з «Аполлону-11», астронавти спали, не знімаючи скафандрів, а в наступних місіях у місячних модулях були наявні навіть спеціальні порохотяги для чистки скафандрів. Річ у тім, що коли астронавти не відчищали скафандр, реголіт починав літати по всьому місячному модулю, і це призводило до значного дискомфорту при диханні. Астронавти починали кашляти, з’являлись проблеми з легенями.

ЧОМУ НЕВАГОМІСТЬ ШКІДЛИВА ДЛЯ ЗДОРОВ’Я

— Місячна база дає нам можливість не відчувати негативні наслідки перебування у повній невагомості, в якій перебувають космонавти на Міжнародній космічній станції. Хоча на базі буде сила тяжіння у шість разів менша, ніж на Землі, проте це одразу вирішує певні проблеми зі здоров’ям, наприклад, з хребтом.

Маловідомий факт — унаслідок тривалого перебування в невагомості, в космонавта можуть розпочатися проблеми із зором. У нашому тілі великий відсоток води, й уся вона тяжіє донизу. Відповідно, в невагомості до голови людини надходить більше рідини. Таким чином тиск рідин на очне яблуко збільшується, що може призвести до набряку зорового нерву.

БАЗА В ЛАВОВИХ ТРУБКАХ

— Одне з рішень при будівництві бази, як уже згадував, — сховатися під поверхню Місяця. За допомогою трьох космічних апаратів, зокрема японського Kaguya та американських GRAIL і Lunar Reconnaissance Orbiter («Місячний орбітальний розвідник». — Ред.), були виявлені свого роду каверни, лавові трубки під поверхнею Місяця. Вони виникли внаслідок того, що коли десь траплялось виверження вулкана й лава потрапляла під поверхню Місяця, вона утворювала там коридор, а коли виверження закінчувалось, лава сходила, а тунель залишався.

Були виявлені «лавові коридори» діаметром від 5 до 900 метрів, протяжність деяких із них сягає 50 кілометрів. Для прикладу, одна з цих лавових трубок значно більша за Філадельфію — дослідники порівнювали їх масштаби. Філадельфія за розміром приблизно, як Київ, і в цій трубці може розміститися чотири Києва — отже, може поміститися колонія з кількох мільйонів людей, заводи тощо.

Але проблема в тому, що дно лавових трубок навряд чи пласке і придатне для освоєння без змін.

«ПІК ВІЧНОГО СВІТЛА»

— Існує поняття «піків вічного світла» — це точки, знайдені на північному полюсі Місяця, де Сонце ніколи не заходить за горизонт. Якщо розташувати місячну базу поблизу піку вічного світла, то цілий рік вона освітлюватиметься Сонцем. Це дає невичерпне джерело енергії, якщо побудувати електростанцію на сонячних батареях. 

Водночас є певні регіони всередині кратерів — як на північному, так і на південному полюсі — де Сонце ніколи не освітлює поверхню, там вічна темнота і вічний холод.

ФОТО МИКОЛИ ТИМЧЕНКА / «День»

Низка приполярних ділянок і кратерів на Місяці являють собою «часткові піки вічного світла», де Сонце не заходить більше ніж 90% часу протягом року. Водночас на дні таких кратерів можуть бути поклади водяного льоду — тобто в місцях, куди сонячне світло не потрапляє. Треба шукати кратери або впадини, куди потрапляє дуже мало світла і де неглибоко залягають поклади льоду, які можна використовувати, щоб добувати воду.

У 2009 році за допомогою розгінного блоку Centaur знайшли докази існування покладів льоду в таких ділянках. Одним із таких перспективних місць є кратер Шеклтон на південному полюсі Місяця. Його особливість у тому, що його дно фактично не освітлюється Сонцем і там багато льоду. Водночас у безпосередній близькості до його краю є ділянки поверхні, які освітлюються близько 50% часу місячного року. Ми могли б розташуватися на такій ділянці, де є світло, покрити певну її частину сонячними батареями, щоб отримувати електроенергію, а всередині кратеру, який має 19 кілометрів у діаметрі та 4,2 кілометри завглибшки, поставити заводи або механізми для видобування води з льоду.

Цікава деталь: одну з наукових статей проілюстрували анімацією, яка показує симуляцію освітлення регіону поблизу кратера Шеклтон, неподалік якого виявили чотири точки, для яких провели обрахунок, — якщо встановити там ровер заввишки два метри, який переміщуватиметься зі швидкістю не більше ніж 30 кілометрів на годину, то Сонце на такій висоті заходитиме лише на короткий період під час місячної зими. Для однієї з цих точок було виявлено, що на даній висоті Сонце не заходитиме за горизонт 94% від усього місячного року!

НАДРУКУВАТИ МІСЯЧНУ БАЗУ НА 3D-ПРИНТЕРІ

— Проектів щодо створення бази на Місяці є дуже багато. Є проекти європейців, американців, росіян — і навіть не один. От фірма Bigelow Aerospace пропонувала відправити на Місяць такі собі надувні циліндри. Вони могли б доставлятися на наш супутник компактними, складеними, а на місячній поверхні їх би, умовно, надували. Одразу може виникнути питання щодо захисту від метеоритів, але компанія рекламує цю продукцію, стверджує, що все дуже міцне.

Ще існує європейський проект, так зване «Місячне село», який найбільше опрацьований на практиці і має реалізовуватися за допомогою 3D-друку. Телеканал Euronews кілька років тому зробив про нього сюжет. Суть у тому, що Європейське космічне агентство планує збудувати в осяжному майбутньому місячну базу, над цим працюють у Європейському центрі підготовки космонавтів, що в Кельні. Як розповідав директор ЄКА, у планах — база, відкрита для всіх членів агентства, а також для інших країн, в основі лежить ідея МКС.

Місяць — це ресурсна база, дослідний полігон для перевірки відпрацьованих на Землі космічних технологій. Зворотний бік нашого супутника є вдалим місцем для розміщення телескопів ультрафіолетового діапазону або ж радіотелескопів, особливо довгого діапазону хвиль, адже земна іоносфера заважає прийому таких радіохвиль, до того ж на Місяці ми позбуваємось «фону» численних земних радіопередавачів. Також Місяць можна використовувати як величезну сонячну батарею. Таким чином низку виключно астрофізичних питань найкраще ми можемо дослідити саме на нашому супутнику. Висновок один — нам потрібно летіти до Місяця, бо це розвиток людини

Для розгортання такої станції можуть використовувати метали, мінерали і лід, що є на поверхні Місяця та в його ґрунті. В агентстві проводили дослідження, як використовувати місячний ґрунт для будівництва захисного купола — його можна сконструювати за допомогою 3D-принтера. Ідея полягає в тому, щоб відправити на поверхню Місяця самохід, який установить там надувний купол або самонадувний тент, а потім робот почне покривати цю структуру матеріалом на основі реголіту, що забезпечить захист астронавтів усередині.

Дослідники шукали місця на Землі, де можна провести випробування, — такі, де ґрунт подібний до місячного. Наприклад, обрали для цього один із національних парків Німеччини. Також перевіряли взаємодію людини і комп’ютерів на станції, чи зможе система розпізнавати потрібні для будівництва захисту мінерали. Прогнозували, що до втілення задуму мине менше ніж 20 років, бо ще треба розробити низку нових технологій. Перевага цієї ідеї в тому, що на першому етапі не потрібно багато коштів. Але жодних нових повідомлень про суттєвий розвиток даного проекту останнім часом не зустрічав.

ЗБЛЯКЛЕ «СУЗІР’Я»

— У Сполучених Штатах у 2004 році започаткували програму Constellation, тобто «Сузір’я», яка зокрема мала на меті забезпечити політ нового космічного корабля на Місяць. Програма включала розробку ракет «Арес-1» та «Арес-5», чотиримісного житлового модулю «Оріон» та посадкового модуля «Альтаїр». Схема запуску подібна до тієї, яку використовували для «Аполлонів»: космічний корабель запускається, робиться стиковка обох модулів, політ до Місяця, висадка посадкового модуля, «Оріон» залишається на навколомісячній орбіті, потім з поверхні стартує капсула з астронавтами на місячну орбіту, стиковка з «Оріоном» і повернення на Землю. Але це просто місія, а не база.

Плани були такі: «Оріон» мав супроводжувати кілька модифікацій вантажного модуля, внаслідок реалізації кількох місій на Місяць мали доставити таку кількість вантажу, що могла утворитись невелика база.

Але щось пішло не так. Constellation започаткував президент США Джордж Буш-молодший. Потім країну очолив Барак Обама, який у кінці своєї першої каденції в 2011 році сказав, що через фінансові проблеми програма закривається. На щастя, компанії, які розробляли модуль «Оріон», досі його розробляють, як і ракету «Арес-1».

Будь-які терміни щодо колонізації Місяця приблизні. По-перше, треба багато грошей. По-друге, політична воля — бо бачимо, як трапилось із «Сузір’ям». Також треба розробляти абсолютно нові технології. Щоб відправити у космос пристрій, його довго випробовують у жорстких умовах.

ПЕРША ПОЗАЗЕМНА РОСЛИНА

— Що обов’язково потрібно забезпечити на місячній базі? Серед усього іншого — харчування. Китайці нещодавно відправили на невидимий із Землі бік Місяця свій посадковий модуль з невеликим ровером «Чан’є-4», де на першому встановили герметичний циліндр на алюмінієвому сплаві — в ньому циркулювала вода і повітря, але він був недостатньо термостабілізований. Можливо, там навмисно не зробили потужної системи підтримки температури, щоб подивитися, як поводитимуться живі організми — насіння рослин і личинки певних комах — у такому середовищі.

Відібрали матеріали, які швидко ростуть, яким достатньо короткого періоду місячного дня, коли в циліндрі плюсова температура. Це, наприклад, бавовник, бульби картоплі, насіння ріпаку, паростки різушки Таля. З настанням місячної ночі перша рослина, яка дала паросток — насінина бавовника — очікувано загинула від холоду.

Новину про першу рослину, вирощену на Місяці, на китайських сайтах опублікували ще 7 січня. В Україні багато хто побачив цю новину 15 січня, причому часто публікували фотографії, де ліворуч можна було побачити, який великий з’явився паросток. Ці фото не зразка, що був на Місяці — це контрольний зразок на Землі, де проводився паралельний експеримент. Я знайшов лише одну фотографію місячного експерименту від Китайського державного космічного управління, з малесеньким листочком — це те, що виростили на Місяці.

Лікнеп: коли запускається будь-яка космічна місія, краще стежити за новинами по виданнях цієї ж країни.

СЮРПРИЗИ ВІД КИТАЮ

— Китай дуже закрита країна. Навіть у контексті експерименту з рослинами — ми дізнались тільки про результати дослідів з бавовною. Ні про що інше інформації ніде не знайшов, а там ще були мухи-дрозофіли, шовкопряд, та рослини.

Відомо, що «Чан’є-5» має взяти і привезти два кілограми ґрунту з ділянки в океані Бур. Що робитимуть наступні місії — достеменно невідомо. Ровер з попередньої місії, «Чан’є-3», трохи попрацював на Місяці і заглух. Ровер для «Чан’є-4» по факту є його копією, але з дещо переробленими механізмами для руху поверхнею Місяця. Нібито наразі все нормально. До речі, на «Чан’є-4» є європейські інструменти, тому отримані завдяки їм дані будуть власністю не лише Китаю.

Те, що Китай може зробити сюрприз, — цілком можливо. Люди там дуже цілеспрямовані, зі своєю напівринковою економікою можуть здійснити багато. Крім того, там спостерігається великий підйом науки. З нашої обсерваторії туди багато їздять для спільної роботи.

Потреба в кадрах у Китаї велика. У 2016 році там побудували найбільший земний радіотелескоп, діаметр його рефлектора становить 500 метрів. Але буквально кілька місяців тому бачив інформацію, що в них проблема з кадрами, там оголосили конкурс, щоб люди приїжджали працювати з тим радіотелескопом.

Китай сильно інтегрується в глобальну науку. Але сумніваюсь, що вони наодинці зможуть зробити абсолютно все для створення місячної бази. Знаходив презентацію американців з прорахованим бюджетом для її побудови, там йшлося про близько трильйона доларів на повний цикл: щоб побудувати ракети і кораблі, посадити туди людей, запустити вантажі, побудувати велику станцію, налагодити будівництво споруд, якихось заводів, налагодити нормальне життя.

ПІСЛЯ ПЕРШОГО КРОКУ ПОТРІБНІ Й ІНШІ

— Якщо ми плануємо просто зробити базу на Місяці й нікуди більше не рухатись далі — це викидання грошей на вітер. Щоб дослідити Місяць, достатньо роботів. Важливо, чи підуть люди далі в космос, чи планують робити міжпланетні польоти, бази на інших планетах.

Місяць — це ресурсна база, дослідний полігон для перевірки відпрацьованих на Землі космічних технологій. Зворотний бік нашого супутника є вдалим місцем для розміщення телескопів ультрафіолетового діапазону або ж радіотелескопів, особливо довгого діапазону хвиль, адже земна іоносфера заважає прийому таких радіохвиль, до того ж на Місяці ми позбуваємось «фону» численних земних радіопередавачів. Також Місяць можна використовувати як величезну сонячну батарею. Таким чином низку виключно астрофізичних питань найкраще ми можемо дослідити саме на нашому супутнику.

Висновок один — нам потрібно летіти до Місяця, бо це розвиток людини.

ДОВІДКА «Дня»

Резюме Місяця

Звісно, ви вчили це в школі, але все-таки нагадаємо деякі параметри нашого супутника

• Місяць — єдиний природний супутник планети Земля. Другий за яскравістю об’єкт на земному небосхилі після Сонця і п’ятий за величиною супутник планет Сонячної системи. Маса Місяця становить 1/81 маси Землі.

• За прийнятою серед науковців теорією, Місяць утворився від удару по дотичній небесного об’єкта розміром з Марс, який врізався в протоземлю.

• Навколо Землі Місяць обертається по еліптичній орбіті, також його вісь нахилена на 6 градусів. Ці ефекти призводять до того, що ми можемо спостерігати близько 59% поверхні Місяця. Відповідні спостережувані коливання нашого супутника називаються лібрацією.

• Факт, що тішить багатьох: сила тяжіння Місяця в шість разів менша за земну, відповідно, людина вагою у 60 кілограмів важитиме там усього 10.

• Відстань від Землі до Місяця становить приблизно 384 400 кілометри. Перші люди на Місяці, члени екіпажу «Аполлону-11» Ніл Армстронг і Базз Олдрін, подолали її за три дні. Ніл Армстронг зробив свій «маленький крок для людини, але гігантський стрибок для всього людства» 21 липня 1969 року.   

• Станом на 2018 Місяць залишається єдиним позаземним об’єктом природного походження, на якому побувала людина.