Лунный грунт

Лунный грунт — это поверхностный слой рыхлого материала, покрывающий твёрдую кору Луны. Научное название лунного грунта — реголит (от греч. ῥῆγος — «покрывало» и λίθος — «камень»). Он представляет собой смесь из мелкораздробленных горных пород, минералов, стекла и частиц метеоритного вещества, образовавшуюся в результате многомиллиардной бомбардировки лунной поверхности метеоритами, микрометеоритами и воздействия солнечного ветра и космических лучей. Лунный реголит принципиально отличается от земной почвы тем, что не содержит органических веществ и воды в свободном состоянии.

Происхождение и формирование

Формирование лунного грунта — исключительно ударно-взрывной процесс. В отличие от Земли, на Луне отсутствуют атмосфера, гидросфера и биосфера, которые на нашей планете разрушают горные породы (выветривание, эрозия, деятельность живых организмов). Единственным активным агентом разрушения на Луне является падение космических тел — от гигантских астероидов до микроскопических частиц пыли.

Каждое падение метеорита вызывает дробление, плавление и испарение пород в месте удара. Расплавленная порода быстро застывает в виде стеклянных частиц, а пары конденсируются в мельчайшие капли. Со временем, в результате миллиардов таких событий, верхний слой коры превратился в слой реголита. Процесс «созревания» реголита (матурация) продолжается постоянно: свежий, светлый грунт с течением времени темнеет под воздействием солнечного ветра и микрометеоритной бомбардировки, становясь более зрелым.

Состав и физические свойства

Минералогический состав

Лунный реголит состоит из тех же породообразующих минералов, что и лунная кора, но в сильно измельчённом и изменённом виде. Основные компоненты:

Полевые шпаты (преимущественно плагиоклаз — анортит, CaAl₂Si₂O₈) — основа лунной коры, особенно в материковых районах.
Пироксены (авгит, пижонит) и оливин — типичные минералы лунных морей (базальтов).
Ильменит (FeTiO₃) — титаносодержащий минерал, особенно распространён в морских базальтах.
Стекло — аморфная фаза, образующаяся при застывании ударных расплавов. В реголите встречаются стеклянные шарики (сферулы) и угловатые обломки.
Агглютинаты — уникальные частицы, характерные только для лунного реголита. Это сложные агрегаты, состоящие из обломков минералов, скреплённых стеклом. Они образуются при микрометеоритных ударах и являются индикатором зрелости грунта.

Химический состав

Химический состав лунного реголита варьируется в зависимости от местоположения: в морских районах (базальтовых равнинах) выше содержание титана, железа и магния, в материковых — алюминия и кальция (анортозиты). В целом, в реголите присутствуют:

Кремний (SiO₂) — 40–45%
Алюминий (Al₂O₃) — 10–25%
Кальций (CaO) — 10–15%
Железо (FeO) — 5–15%
Магний (MgO) — 5–10%
Титан (TiO₂) — 0.5–8% (в морских базальтах до 12–13%)
Натрий, калий, марганец, хром — в малых количествах.

Важной особенностью является присутствие наночастиц металлического железа (Fe⁰), образующихся при восстановлении оксидов железа под действием солнечного ветра и ударных процессов. Эти частицы придают грунту характерные магнитные свойства и тёмный цвет.

Физические свойства

Гранулометрия: от крупных обломков (до нескольких метров) до тончайшей пыли (менее 10 микрон). Средний размер частиц в зрелом реголите — около 50–100 микрон.
Плотность: насыпная плотность — 1.3–1.5 г/см³, плотность частиц — около 3.0–3.2 г/см³.
Пористость: очень высокая, до 40–50% в верхнем слое.
Цвет: от тёмно-серого до чёрного, с возрастом грунт темнеет.
Абразивность: чрезвычайно высокая из-за острых, угловатых форм частиц и присутствия стекла. Это создаёт серьёзную проблему для техники и здоровья космонавтов.
Электростатические свойства: частицы лунной пыли несут электрический заряд, накапливаемый под действием солнечного ветра и ультрафиолета. Это приводит к их прилипанию к скафандрам, оборудованию и солнечным батареям.

Строение лунного реголита

Мощность слоя реголита неодинакова:

На поверхности лунных морей (базальтовых равнин) — от 2 до 8 метров.
В материковых районах (возвышенностях) — от 10 до 20 метров и более, так как кора там старше и подвергалась бомбардировке дольше.

Сверху вниз выделяют несколько горизонтов:

Верхний слой (мелкозернистый, рыхлый, «пушистый») — толщиной до 10–20 см. Состоит из тонкой пыли и мелких обломков.
Средний слой — более плотный, с большим количеством агглютинатов и обломков.
Нижний слой — крупнообломочный, переходящий в коренную породу (трещиноватый базальт или анортозит).

Исследования лунного грунта

Доставка образцов на Землю

Первые образцы лунного грунта были доставлены на Землю в 1969 году экипажем «Аполлон-11» (США). Всего в ходе шести экспедиций программы «Аполлон» (1969–1972) было собрано около 382 кг образцов.

Советская программа «Луна» (автоматические станции) также доставила грунт:

Луна-16 (1970) — 101 г.
Луна-20 (1972) — 55 г.
Луна-24 (1976) — 170 г.

Всего на Земле имеется около 385 кг лунного вещества, большая часть которого хранится в США (Космический центр имени Линдона Джонсона, Хьюстон) и в России (ГЕОХИ РАН, Москва).

Изучение на месте

Советские «Луноходы» (Луноход-1, 1970; Луноход-2, 1973) проводили анализ грунта непосредственно на Луне с помощью рентгенофлуоресцентных спектрометров и пенетрометров. Китайская миссия «Чанъэ-3» (2013) и «Чанъэ-4» (2019) также изучали реголит с помощью посадочных модулей и роверов. В 2020 году миссия «Чанъэ-5» доставила на Землю около 1.7 кг свежего грунта из района Океана Бурь.

Практическое значение

Проблемы для освоения Луны

Лунная пыль представляет собой одну из главных опасностей для будущих лунных экспедиций:

Абразивный износ: пыль быстро повреждает уплотнители, подшипники, оптику и скафандры.
Электростатика: заряженная пыль проникает в люки, покрывает солнечные батареи, снижая их эффективность.
Токсичность: вдыхание лунной пыли может вызывать фиброз лёгких, так как её частицы острые и химически активные.

Ресурсный потенциал

Лунный реголит рассматривается как источник ценных ресурсов для будущих баз:

Кислород: из оксидов (SiO₂, FeO, TiO₂) можно извлекать кислород для дыхания и ракетного топлива (методом электролиза расплавленной соли или восстановления водородом).
Металлы: железо, титан, алюминий, кремний — для строительства и производства.
Гелий-3: изотоп, накапливаемый в реголите под действием солнечного ветра, рассматривается как потенциальное топливо для термоядерного синтеза.
Вода: в полярных регионах Луны, в зонах вечной тени, в реголите обнаружены залежи водяного льда (миссии LCROSS, 2009; Чандраян-1, 2008–2009).

Строительство

Из реголита можно изготавливать строительные блоки (силикатные кирпичи) методом спекания или прессования, а также использовать его как защитный слой (толщиной 1–2 метра) от космической радиации и микрометеоритов.

Интересные факты

Образцы лунного грунта, доставленные «Аполлоном-11», были впервые продемонстрированы миру в прямом телеэфире. Президент США Ричард Никсон лично вручил образцы грунта 135 странам мира.
Лунный грунт пахнет порохом (отработанным пороховым газом) — этот запах отмечали астронавты «Аполлонов» при попадании пыли в кабину корабля.
В 1970 году советская автоматическая станция «Луна-16» стала первым аппаратом, доставившим образцы грунта с другого небесного тела автоматически, без участия человека.
В 2022 году китайские учёные впервые синтезировали воду из образцов лунного грунта, доставленных миссией «Чанъэ-5», путём нагрева ильменита с водородом.
Частицы лунного реголита имеют острые, как бритва, края, так как на Луне нет ветра или воды, которые могли бы их сгладить.

Источники

Геология Луны: учебное пособие / под ред. В.Л. Барсукова. — М.: Наука, 1979.
Heiken, G., Vaniman, D., French, B.M. (Eds.). Lunar Sourcebook: A User's Guide to the Moon. — Cambridge University Press, 1991.
Павлов, А.В. Лунный реголит: состав, свойства, перспективы использования. — М.: ГЕОХИ РАН, 2018.
Материалы миссий «Луна-16», «Луна-20», «Луна-24» (ГЕОХИ РАН).
Отчёты программы «Аполлон» (NASA).

BFOmetr — база данных и аналитика по компаниям России.

На главную BFOmetr →