LCROSS был начат 18 июня 2009 как сопутствующая миссия к Lunar Reconnaissance Orbiter, или LRO, Космического центра Кеннеди НАСА во Флориде. После отделения от LRO, космический корабль LCROSS, вместе с последней ступенью разгонного блока Centaur, выполнил маневр вокруг так называемого барицентра (центра масс двух тел) системы Земля-Луна, и вышел на длинною петлеобразную орбиту вокруг Земли.

После путешествия, длившегося 113 дней, длиною в 9 миллионов км, Centaur и LCROSS разделились в заключительном подходе к Луне. Двигаясь быстрее чем большинство винтовочных пуль, Centaur ударился об лунную поверхность, LCROSS и LRO, наблюдали за его падением с орбиты использую свои бортовые приборы. Приблизительно четыре минуты данных были собраны LCROSS прежде, чем сам космический аппарат упал на лунную поверхность.

Киллен и ее команда наблюдали за падением LCROSS с помощью McMath-Pierce телескопа в Kitt Peak National Observatory, в Аризоне. Они были единственной командой, которая могла наблюдать это событие с Земли.

Ударное воздействие испарило летучие вещества на дне кратера Cabeus, включая воду и натрий. После того, как облако пара поднялось на высоту приблизительно 800 метров – достаточно высоко, чтобы выйти из тени кратера - солнечный свет стимулировал атомы натрия, заставляя их испускать желтовато-оранжевое свечение. Спектрометр Эшели с высокой разрешающей способностью, установленный на телескоп, обнаружил это уникальное явление. Прибор разделил свет на составляющие, чтобы идентифицировать материалы по характерным цветам, которые они испускают под воздействием радиации или других космических явлений.

Спектрометр может только определить цвета, таким образом, команда должна была определить предположительную форму и температуру облака, чтобы оценить общее количество натрия, высвобожденного энергией падения зонда. Используя компьютерную модель воздействия и другие данные, полученные приборами LCROSS и LRO, команда вычислила, что приблизительно один - два килограмма натрия были высвобождены. "Это - один - два процента от количества воды, поднятой ударной волной, " сказала Киллен. "Это сопоставимо с нашими океанами, где отношение натрия к воде равняется приблизительно одному проценту." (Количество натрия, определяемого из наблюдений, зависит от принятой температуры пара)

Такое обилие натрия поднимает вопрос: откуда он взялся? Атомы натрия после падения кометы могли продолжать отскакивать от лунной поверхности, пока они не приземлялись затененных областях, где они попадали в "ледяную ловушку" – моментально замораживаясь. Солнечный ветер также несет небольшое количество натрия, который мог внедриться в лунную поверхность, и также натрий мог высвободится из лунных скал, которые содержат приблизительно 0.4 процента этого вещества. Натрий мог быть выделиться из лунных скал в результате падения метеорита. (Падение LCROSS не давало достаточной энергии для плавления скалы, таким образом, маловероятно, что облако паров натрия просто появилось из скал на месте его падения, утверждает Киллен.)

"Двухпроцентное содержание натрия, соответствует количеству натрия в кометах, таким образом, вероятно что, большая часть натрия и воды появилась в результате столкновений с кометами," говорит Киллен. Она поясняет, что пока это - только предположение, и что возможно, что они произошли из другого источника или даже множества источников, включая замораживание лунных летучих веществ и воздействие солнечного ветра. Лучшим доказательством кометного происхождения послужил бы анализ водородных изотопов в лунной воде, утверждает Киллен.

Изотопы – разновидности химического элемента с различными массами. Например, атом дейтерия - более тяжелая версия обычного водородного атома, потому что у него есть дополнительная частица – нейтрон – в его ядре. Дейтерий может заменять обычную форму водорода в молекуле воды, но он намного менее распространен, чем водород, и его концентрация изменяется на различных объектах солнечной системы. Если бы отношение дейтерия к водороду лунной воде было подобно отношению в кометах, это послужило бы весомым аргументом за то, что вода появилась в результате падения кометы. Так как кометы как "грязные снежки" несут много других веществ, это подразумевало бы, что большая часть натрия и других летучих веществ принесли кометы.

Команда планирует пролить свет на происхождение лунной воды и других летучих веществ, используя данные готовящегося к запуску Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer (LADEE), который, как намечают, состоится в мае 2013. Космический аппарат будет вращаться вокруг Луны и изучать ее экзосферу (так называется атмосфера Луны, потому что она настолько тонка, что её атомы редко сталкиваются друг с другом выше поверхности).

Исследование финансировалось проектом НАСА Dynamic Response of the Environment At the Moon (DREAM). "Это открытие подчеркивает особую ценность программы DREAM – мы можем быстро поддержать миссии, подобные LCROSS дополнительными наблюдениями и анализом, " сказал доктор Уильям Фаррелл НАСА Годдард, ведущий сотрудник программы DREAM.

McMath-Pierce телескоп управляется Национальной Солнечной Обсерваторией, которая финансируется Национальным научным фондом и управляется Ассоциацией университетов по астрономическим исследованиям. Отчет Киллен об этом исследовании был опубликован в Geophysical Research Letters в декабре 2010.

Билл Штайгервальд
Центр космических полетов имени Годдарда НАСА, Мэриленд.