Moon Mineralogy Mapper¶

Moon Mineralogy Mapper (M³) — это спектрометр видимого и ближнего инфракрасного диапазона, предназначенный для картографирования минерального состава поверхности Луны. Прибор был разработан Лабораторией реактивного движения НАСА (США) и установлен на борту индийского лунного зонда «Чандраян-1» (Chandrayaan-1). M³ работал в период с октября 2008 года по август 2009 года, обеспечив получение глобальных спектральных данных высокого разрешения, которые позволили составить детальные минералогические карты лунной поверхности и выявить наличие молекул воды и гидроксила.

¶История создания и запуска

Разработка Moon Mineralogy Mapper началась в 2005 году в рамках программы НАСА «Discovery Program of Opportunity». Целью проекта было создание компактного спектрометра, способного работать в условиях космического пространства и обеспечивать высокое спектральное разрешение для идентификации минералов на поверхности Луны. Руководителем научной группы M³ был назначен Карл Питерс (США). Прибор был изготовлен в Лаборатории реактивного движения НАСА.

В 2006 году НАСА и Индийская организация космических исследований (ISRO) заключили соглашение о размещении M³ на борту индийского лунного орбитального аппарата «Чандраян-1». Запуск миссии состоялся 22 октября 2008 года с космодрома Сатиш Дхаван (Индия) с помощью ракеты-носителя PSLV-XL. M³ был одним из 11 научных приборов на борту зонда.

¶Конструкция и принцип работы

M³ представлял собой спектрометр, работающий в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах (от 0,43 до 3,0 микрометров). Прибор использовал дифракционную решётку и матричный детектор на основе HgCdTe (теллурид ртути-кадмия), охлаждаемый до рабочей температуры около 130 К (−143 °C) с помощью пассивного радиатора.

¶Основные характеристики

• Спектральный диапазон: 0,43–3,0 мкм (видимый и ближний инфракрасный свет)
• Спектральное разрешение: около 10 нм (260 спектральных каналов)
• Пространственное разрешение: 70–140 метров на пиксель (в зависимости от высоты орбиты)
• Поле зрения: 24 км (ширина полосы сканирования)
• Режимы работы: глобальное картографирование (низкое разрешение) и целевое наблюдение (высокое разрешение)
• Масса: около 10 кг
• Энергопотребление: около 15 Вт

Принцип действия M³ заключался в регистрации отражённого солнечного света от поверхности Луны. Различные минералы имеют характерные спектральные особенности (полосы поглощения) в инфракрасном диапазоне, что позволяет идентифицировать их состав. M³ измерял спектр отражения для каждого пикселя изображения, создавая многомерные спектральные кубы данных.

¶Научные результаты

¶Открытие воды и гидроксила

Наиболее значимым результатом работы M³ стало обнаружение молекул воды (H₂O) и гидроксила (OH) на поверхности Луны. В сентябре 2009 года в журнале Science были опубликованы три статьи, основанные на данных M³, которые показали, что вода присутствует в виде тонкой плёнки или включений в минералах на большей части лунной поверхности, особенно в полярных регионах. Концентрация воды оценивалась в 10–1000 частей на миллион (ppm), что значительно превышало ожидаемые значения.

¶Минералогическое картографирование

M³ позволил составить глобальные карты распределения основных минералов лунной коры — пироксенов, оливинов, плагиоклазов и ильменита. Были выявлены регионы с аномальным минералогическим составом, свидетельствующие о сложной геологической истории Луны. В частности, прибор обнаружил области, богатые оливином, в кратерах и на дне бассейнов, что указывает на наличие мантийного материала.

¶Изучение полярных регионов

M³ провёл детальное картографирование полярных областей Луны, где постоянно затенённые кратеры могут содержать водяной лёд. Данные прибора подтвердили наличие водяного льда в некоторых кратерах южного полюса, хотя его концентрация оказалась ниже, чем предполагалось ранее.

¶Исследование кратеров и вулканических структур

Прибор изучал минеральный состав крупных ударных кратеров (например, кратер Тихо) и вулканических куполов, что позволило уточнить модели формирования лунной коры и эволюции Луны. Были обнаружены следы пирокластических отложений, связанных с древними вулканическими извержениями.

¶Ограничения и завершение миссии

Работа M³ была ограничена продолжительностью миссии «Чандраян-1». 29 августа 2009 года связь с зондом была потеряна, после того как аппарат перестал передавать данные. Несмотря на преждевременное завершение миссии (она должна была продлиться два года), M³ успел собрать данные о более чем 95% лунной поверхности с высоким спектральным разрешением.

Основным ограничением прибора было то, что он работал только в дневное время на Луне (освещённые участки), так как регистрировал отражённый солнечный свет. Это не позволяло изучать постоянно затенённые области, где может находиться водяной лёд.

¶Наследие

Данные Moon Mineralogy Mapper продолжают использоваться в научных исследованиях. Они легли в основу многих работ по лунной геологии, в том числе по планированию будущих лунных миссий, таких как российская программа «Луна-Глоб» (включая миссию «Луна-25») и китайская программа «Чанъэ». M³ продемонстрировал эффективность спектрометрии видимого и ближнего инфракрасного диапазона для дистанционного изучения минерального состава планетных тел, что впоследствии было использовано в других миссиях, например, в приборе OMEGA на борту «Марс-экспресс» и в спектрометре MISE на борту миссии «Европа Клиппер».

¶Источники

• Pieters, C. M., et al. (2009). Character and spatial distribution of OH/H2O on the Moon as seen by M3 on Chandrayaan-1. Science, 326(5952), 568–572.
• Sunshine, J. M., et al. (2009). Temporal and spatial variability of lunar hydration as observed by the Moon Mineralogy Mapper. Science, 326(5952), 565–568.
• Boardman, J. W., et al. (2011). Measuring moonlight: An overview of the spatial properties, lunar coverage, and data processing of the Moon Mineralogy Mapper. Journal of Geophysical Research: Planets, 116(E6).
• Green, R. O., et al. (2011). The Moon Mineralogy Mapper (M3) imaging spectrometer for lunar science: Instrument description, calibration, and on-orbit performance. Journal of Geophysical Research: Planets, 116(E6).
• НАСА. Moon Mineralogy Mapper (M3) — официальная страница миссии.