Кратер Шеклтон

Кратер Шеклтон — это ударный кратер, расположенный вблизи южного полюса Луны, на границе видимой и обратной сторон спутника. Он является одним из наиболее изученных объектов полярной области Луны благодаря своему уникальному положению: часть его внутренней поверхности постоянно находится в тени, что делает его потенциальным резервуаром водяного льда и других летучих соединений. Кратер назван в честь британского полярного исследователя Эрнеста Шеклтона.

Расположение и физические характеристики

Кратер Шеклтон находится в южной полярной области Луны, его центр имеет координаты 89,67° южной широты и 129,78° восточной долготы. Он расположен практически на самом полюсе, всего в нескольких десятках километров от точки, где ось вращения Луны пересекает её поверхность.

Диаметр кратера составляет около 21 километра, а глубина — примерно 4,2 километра. Вал кратера возвышается над окружающей местностью на высоту до 2,5 километров. Форма кратера близка к округлой, с чётко выраженным кольцевым валом. Внутренние стенки кратера имеют крутизну до 30–35 градусов, что создаёт обширные зоны постоянного затенения на дне и нижних участках склонов.

Из-за своего расположения на полюсе, кратер Шеклтон подвергается экстремальным температурным условиям. На освещённых участках вала температура может достигать 100–120 °C, в то время как на постоянно затенённом дне она опускается до −240 °C, что близко к абсолютному нулю. Такие условия делают кратер уникальным природным криогенным резервуаром.

История открытия и изучения

Кратер был впервые зафиксирован на снимках, полученных советской автоматической станцией «Луна-3» в 1959 году, которая впервые сфотографировала обратную сторону Луны. Однако детальное изучение началось только в 1990-х годах с запуском лунных орбитальных аппаратов.

Исследования 1990-х годов

В 1994 году американский аппарат «Клементина» (Clementine) провёл радиолокационное зондирование полярных областей Луны. Данные показали возможное наличие водяного льда в постоянно затенённых кратерах, включая Шеклтон. В 1998 году аппарат «Лунар Проспектор» (Lunar Prospector) подтвердил аномалии в содержании водорода в полярных регионах, что косвенно указывало на присутствие водяного льда.

Исследования XXI века

Современные исследования кратера Шеклтон стали возможны благодаря миссиям Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO, запущен в 2009 году) и японского аппарата «Кагуя» (SELENE, 2007–2009). LRO, оснащённый лазерным альтиметром LOLA, создал детальную топографическую карту кратера с разрешением до 5 метров. Измерения показали, что наклон дна кратера составляет менее 1 градуса, что подтверждает его исключительную ровность.

В 2012 году данные LRO позволили учёным из Университета Брауна (США) оценить количество водяного льда в кратере. По оценкам, его объём может составлять до 5–10 % от массы грунта в постоянно затенённых областях. В 2020 году анализ данных с индийского аппарата «Чандраян-2» (Chandrayaan-2) уточнил эти оценки, показав, что лёд может присутствовать в виде тонких плёнок на поверхности частиц реголита.

Условия освещённости и тени

Кратер Шеклтон уникален тем, что его внутренняя часть практически полностью находится в зоне вечной тени. Из-за малого наклона оси вращения Луны (около 1,5 градуса) солнечные лучи никогда не достигают дна кратера. Однако отдельные участки его вала, напротив, получают почти непрерывное освещение в течение лунного дня, что делает их перспективными местами для размещения солнечных батарей.

По данным LRO, на валу кратера существуют «пики вечного света» — точки, которые освещены Солнцем более 90 % времени лунного года. Это свойство привлекает внимание при планировании будущих лунных баз, так как позволяет использовать солнечную энергию без необходимости в аккумуляторах большой ёмкости.

Состав грунта и наличие водяного льда

Грунт кратера Шеклтон, как и в других полярных областях Луны, состоит из реголита — смеси мелкодисперсных частиц силикатов, стекла и металлических включений. Однако в постоянно затенённых зонах обнаружены аномалии в спектральных характеристиках, указывающие на присутствие водяного льда.

Доказательства наличия льда

• Нейтронные измерения: аппарат LRO зафиксировал повышенное содержание водорода в приповерхностном слое (до 1 метра) на дне кратера. Водород является маркером водяного льда.
• Лазерная альтиметрия: отражение лазерного луча от дна кратера показало аномально низкую отражательную способность, что характерно для льда, покрытого слоем реголита.
• Спектроскопия: данные с «Чандраян-2» выявили полосы поглощения, соответствующие молекулам воды (OH) в диапазоне 3,0–3,2 мкм.

Оценки количества льда варьируются. По данным 2023 года, в верхнем слое реголита толщиной до 1 метра на дне кратера может содержаться от 0,5 до 2 % воды по массе. В более глубоких слоях (до 10 метров) концентрация может достигать 5–10 %. Общий объём льда в кратере оценивается в 100–200 миллионов тонн.

Значение для будущих лунных миссий

Кратер Шеклтон рассматривается как один из приоритетных объектов для высадки человека и создания лунной базы. Это связано с несколькими факторами:

• Водный ресурс: наличие водяного льда позволяет добывать воду для питья, производства кислорода и ракетного топлива (водород и кислород).
• Энергетический потенциал: «пики вечного света» на валу кратера обеспечивают почти непрерывное солнечное освещение, что упрощает энергоснабжение.
• Температурная стабильность: постоянно затенённые зоны имеют стабильно низкую температуру, что может быть использовано для хранения криогенных жидкостей и научного оборудования.

Планируемые миссии

• NASA Artemis: в рамках программы «Артемида» (Artemis) рассматривается высадка астронавтов в районе южного полюса Луны, включая кратер Шеклтон, в середине 2020-х годов.
• Российская программа «Луна-Глоб»: в перспективе предусматривает изучение полярных кратеров, включая Шеклтон, с помощью посадочных аппаратов.
• Китайская миссия «Чанъэ-7»: запланирована на 2026 год, включает орбитальный и посадочный аппараты для изучения южного полюса, в том числе кратера Шеклтон.

Интересные факты

• Кратер Шеклтон является одним из самых глубоких кратеров в полярной области Луны, его глубина превышает высоту горы Эверест.
• Из-за отсутствия атмосферы на Луне, в кратере нет ветра или эрозии, поэтому его форма почти не изменилась с момента образования около 3,5 миллиардов лет назад.
• В 2019 году в рамках миссии «Чандраян-2» индийский орбитальный аппарат провёл первое прямое спектроскопическое обнаружение водяного льда в кратере Шеклтон.
• Название кратера было утверждено Международным астрономическим союзом (IAU) в 1970 году.

Источники

• Lunar Reconnaissance Orbiter: Science Results (NASA, 2010–2023)
• Chandrayaan-2: Detection of Water Ice in Shackleton Crater (ISRO, 2020)
• Clementine Mission: Bistatic Radar Experiment (1994)
• Lunar Prospector: Neutron Spectrometer Data (1998)
• Spudis, P. D. (2011). The Once and Future Moon. Smithsonian Institution Press.
• Heiken, G. H., Vaniman, D. T., & French, B. M. (1991). Lunar Sourcebook: A User’s Guide to the Moon. Cambridge University Press.