Индийский лунный спутник Chandrayaan-2 создаёт карту высокого разрешения лунной поверхности и изучает геологию Луны

Индийский космический аппарат для исследования Луны «Чандраян-2» (Chandrayaan-2), стартовавший летом 2019 года, несмотря на неудачу при посадке зонда с луноходом, продолжает работу. Он передал первые результаты детального трёхмерного картирования поверхности Луны, а также радарные и оптические снимки приполярных кратеров, возможно, содержащих лёд вблизи поверхности.

Программа Chandrayaan — проект Индийского центра космических исследований (ISRO). Она включает запуск нескольких спутников Луны и разворачивание зондов на её поверхности. Первый индийский лунный спутник в её рамках, Chandrayaan-1, запущенный в 2008 году, занимался исследованием геологического строения поверхности, а также поиском воды на Луне при помощи радарной съёмки. Орбитальная станция Chandrayaan-2 была запущенf в июле 2019 года. Предполагалось, что при этом будет выполнена мягкая посадка лунного модуля с луноходом, однако эту часть программы выполнить не удалось, и посадочный модуль «Викрам» (Vikram) 7 сентября разбился при посадке. Орбитальный модуль продолжил исследование Луны на околополярной орбите на высоте около 100 км. Часть его приборов (радар и камеры) превосходит по разрешению ранее используемые на лунных орбитальных аппаратах научные инструменты.

На запуск спутника потратили всего 140 миллионов долларов — существенно меньше, чем обычно тратится на такие задачи в других странах. В научных кругах уже разошлись шутки о том, что бюджет индийской лунной программы меньше, чем у голливудского космического блокбастера Interstellar. Такой же экономной была индийская марсианская орбитальная станция «Мангальян», запущенная в 2013 году, которая обошлась дешевле вышедшего в том же году фильма «Гравитация».

Одним из значимых научных результатов первого спутника Chandrayaan-1 было обнаружение залежей водяного льда в кратерах вблизи лунных полюсов. На борту индийского спутника был установлен небольшой радар mini-SAR NASA с синтетической апертурой. Эти результаты также подтверждались по данным масс-спектрометра M3 (Moon Mineralogy Mapper). Предполагается, что вода (разумеется, в виде льда) поднимается достаточно близко к поверхности, особенно в лунных полярных областях, поэтому её можно обнаружить при помощи радаров. Радарная съёмка использует длины электромагнитных волн в районе сантиметров и десятков сантиметров, соответственно сопоставимы возможности проникновения под видимую поверхность (на глубины порядка метров). Этот метод используется и при поиске воды на Земле в засушливых районах при помощи спутникового или авиационного радарного зондирования.

В этот раз перед следующим аппаратом программы стояла задача более подробного картирования поверхности, включая внутренние части кратеров. Радарный инструмент DFSAR — двухчастотный радар с синтетической апертурой, он использует две полосы сантиметрового излучения (полосы L и S), которые, как оказалось, можно использовать с разной эффективностью в зависимости от участка в кратере. Комбинируя различные доступны режимы «просвечивания» поверхности, оказалось возможным исследовать лунную кору на большей глубине с лучшим разрешением. В конечном итоге по этим данным предполагается определить объём водяного льда в лунных полярных кратерах. Эта работа только на начальной стадии, и текущие оценки дают значение около 600 миллиардов килограммов.

Радарные и оптические снимки нескольких лунных кратеров в районе полюса. Левый снимок — радар DFSAR на Chandrayaan-2; посредине и справа — снимки приборов Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO).

Кроме радарных и спектрометрических инструментов, Chandrayaan-2 оборудован камерой, работающей в оптическом диапазоне OHRC (Orbiter High Resolution Camera), разрешение которой составляет до 0,25 метра на пиксель. С её помощью фотографируют булыжники размером порядка метра, разбросанные вокруг свежих лунных кратеров. Такое разрешение инструмента позволяет изучать распределение обломков породы по размерам и расстоянию до места удара метеорита, тем самым подробно исследовать процессы соударения и образования кратеров. До этого наиболее детальная камера лунного спутника, установленная на LRO (Lunar Reconnaissance Orbiter) NASA, обладала разрешением до 0,5 метра. Кроме того, OHRC имеет возможность делать снимки в условиях очень низкой освещённости. Это позволяет фотографировать внутренние части кратера, в которые не попадает солнечный свет. Источником освещения в данном случае является свет, отражённый от верхнего края стенок кратера. В дальнейшем это позволит получить изображение кратеров в полярных областях, куда солнечный свет не проникает вообще. Эти структуры особенно интересны потому, что вблизи полюсов сосредоточена основная масса льда (такая же ситуация с водой на Марсе, которая в основном сосредоточена в виде льда в его полярных шапках).

Модель рельефа (DEM) лунного хребта по данным Terrain Mapping Camera TMP2 на борту Chandrayaan-2.

Наконец, в дополнение к оптическим и радарным камерам, спутник использует свой основной инструмент трёхмерного картирования поверхности, то есть создания модели DEM (Digital Elevation Model) — TMP2, или Terrain Mapping Camera. Трёхмерные изображения создаются методом стереозрения: в процессе облёта участок фотографируется тремя камерами с разных углов, так же, как это делает спутник LRO.

Первые результаты съёмки от различных научных инструментов на борту спутника пока что доступны в виде расширенных тезисов 51-й Конференции по селенологии и планетологии — 51-st Lunar and Planetary Science Conference — крупнейшего ежегодного международного форума, проводящегося в США и собирающего около 2 тысяч специалистов в области астрофизики тел Солнечной системы (конференцию, которая должна была пройти в марте 2020 г. в Техасе, отменили или перенесли из-за эпидемии вируса). Интересующиеся и специалисты могут пока ознакомиться с опубликованными индийскими астрофизиками данными в материалах конференции: (1) оптическая камера OHRC; (2) модель рельефа от TMC-2; (3) геологическое строение по данным инфракрасной спектрометрии (прибор IIRS); и (4) радарная съёмка в кратерах (инструмент DFSAR).

Ожидается, что спутник «Чандраян-2» пробудет на орбите Луны около 7 лет (планировался номинальный срок его службы 1 год). Он в целом продолжает исследования своего предшественника, имея сходный набор научных инструментов. Целью является как трёхмерное картирование поверхности спутника (радарная и оптическая съёмка), так и исследование геологии, в частности, удалённое определение состава лунных пород при помощи масс-спектрографа на борту. Как LRO, так и Chandrayaan вращаются по орбите вокруг лунных полюсов, что отражает повышенный интерес к этим областям как предположительному местонахождению замёрзшей воды на Луне. Из-за неудачи в этот раз со спускаемым аппаратом продолжением программы ISRO должен стать следующий спутник, Chandrayaan-3, который планируется запустить в 2021 году, и с которым также планируется спустить на лунную поверхность посадочный зонд и небольшой луноход.

Кратеры Северного полюса Луны по результатам радарной съёмки (инструмент Mini-SAR аппарата Chandrayaan-1).
Сергей Шапиро :