Итак, нам для будущего человечества просто необходимо осваивать космическое пространство, нас вынудит к этому погоня за энергией, которую можно в неограниченных количествах добывать в космосе. Базой для освоения ближнего космоса может стать Луна, на ней можно прятаться от радиации, есть почва под ногами, есть гравитация, в конце концов. Даже уменьшенная гравитация, я предполагаю, лучше для организма человека, чем полная невесомость. Пока исследований на эту тему нет, да и понятно, для таких исследований надо длительно находиться на Луне. Это дело будущего.
В качестве непосредственной цели для освоения Луны, которая (которые) могли бы помочь нам закрепиться на Луне, можно назвать туризм и научные исследования (но не только). Что можно исследовать на Луне?
Выяснить наконец происхождение Луны. Есть, как известно, несколько гипотез. В общем главных две: это захват Луны, пролетающей мимо, в этом случае она должна была образоваться где-то ещё. И образование Луны как следствие столкновения на ранней стадии образования Земли с другим небесным телом. Этой предполагаемой планете даже дали имя: Тейя. В результате образовалась два тела, и постепенно Луна стала удаляться от Земли, используя энергию вращения Земли.
Вторая гипотеза объясняет одну загадку, с которой столкнулись ученые при анализе образцов, привезенных миссиями Аполлон: эти образцы были точно такие же, как можно набрать на вашем дворе, по выражению одного ученого. То есть ровно те же породы и минералы: базальты, стекла, оливин и пр. Читал статейку по анализу аполлоновских образцов, там подспудно угадывается желание найти хоть что-то, отличающее их от земных) Есть небольшой процент чистого железа, но что это уникальная особенность именно лунных образцов, не говорится. Нет самого интересного: сопоставления с земными аналогичными породами.
В то же время в образцах, привезенных Луной-24, легко нашлись в изобилии совершенно оригинальные минералы, до этого не найденные на Земле.
И что это было, как говорится? Тейя или не Тейя? Согласитесь, это интересно. В том числе интересно получить знания о происхождении и Земли.
Для решения загадки происхождения Луны надо полностью её изучить на разных уровнях, от глубинных до поверхностных исследований. Как можно изучить самые глубинные слои Луны, вплоть до ядра? Есть так называемые геофизические методы, то есть когда планету в целом или её участок изучают как физический объект, исследуют его разные физические свойства. Вот, например, можно возбудить так называемые сейсмические волны (ну то есть механические колебания в грунте, низкой частоты, наподобие звуковых волн), и изучать их прохождение. Такие первые попытки уже были, но использовался всего один датчик. Для построения послойного строения Луны надо поставить набор из большого числа датчиков и смотреть, как волна от, например, взрыва проходит напрямую, отражается от одного слоя, от второго и так далее. Чтобы "просветить" Луну насквозь, нужен очень мощный импульс. Чтобы изучить строение Луны на небольшой глубине, можно использовать источник поменьше, например, на Земле используют для масштабов в сотни метров просто кувалду. В общем этот метод называется сейсмика (не битьё кувалдой, а изучение звуковых волн в грунте)).
Можно изучить постоянное магнитное поле, которое тоже может много сказать о глубинном строении Луны. Но для этого надо снять подробные карты этого поля. Со спутников это можно и нужно сделать, но надо обязательно дополнить эти съемки поверхностными. На Луноходах, например, были магнитометры, но понять результаты оказалось сложно. Поле оказалось маленьким по величине и еще меняющимся. Выяснить, что к чему и откуда такие результаты замеров, это еще одна научная задача.
Есть еще хороший геофизический метод, это измерение гравитационного поля. Этот метод в свое время нашел применение при поисках залежей нефти, которые находились в соляных куполах. Над месторождениями такого типа видна четкая гравитационная аномалия (под аномалией в геофизике понимают отход кривой какого-либо поля от нормального хода, от фона). Замеры гравитационного поля над Луной дали очень нетривиальный результат: выяснилось, что имеются так называемые масконы. То есть области, где гравитационное поле резко увеличивается, или там внизу есть концентрация масс. Отсюда такое название.
Наиболее логичное объяснение масконов - это то, что они образовались на месте падения крупных небесных тел другого состава, плотнее, чем вся Луна. Но тогда там должен быть и другой состав грунта? Это можно выяснить, пробурив верхний слой. Можно попробовать по физическим полям найти само тело.
Это краткий обзор задач по общей селенологии, так сказать. Но есть и задачи другого масштаба. Например, взять кратеры. Общепринятой гипотезой их возникновения является метеоритная. Но тогда опять же получается, что в центре кратеров должны быть остатки породивших кратер небесных тел? А они, как мы знаем из изучения состава метеоритов, могут быть разными по составу. И вообще, есть гипотеза, что тяжелые металлы на поверхности Земли тоже занесены метеоритами уже после её затвердевания. Но что тогда мешает тем же метеоритам занести и на Луну тяжелые металлы? То есть тогда в центре кратеров могут быть месторождения тяжелых металлов, урана там, золота и пр.
Отсюда вытекает вполне прикладная задача изучения происхождения кратеров, их разнообразия, строения и так далее.
Для изучения кратеров можно применять как геологические (химанализ образцов, бурение и пр), так и геофизические методы (сейсмика, магнитометрия, электроразведка , георадарная съемка и пр). Обычно измерения идут вдоль линий, называемых профилями. Вот первая задача для лунной станции, например: сделать профиль поперек не слишком большого кратера несколькими методами. Попытаться найти по физическим свойствам остатки ударного тела. Изучить изменение химического состава грунта под слоем реголита (это бурение).
Кроме изучения самой Луны, Луна может служить базой для изучения окружающего пространства. На ней можно расположить оптические, радио, рентгеновские телескопы. Например, новейший телескоп Джеймс Уэбб НАСА стоит 10 млрд уе. И еще неизвестно, как он там заработает. Если вспомнить историю телескопа Хаббл, то он заработал нормально после нескольких экспедиций к нему на Шаттлах. Но Хаббл летал на сравнительно низкой орбите. А Уэбб будет в точке Лагранжа, на расстоянии 1,5 млн км от Земли. Туда так просто не слетаешь. Куда надежней было бы поставить обслуживаемый телескоп на Луне, сам телескоп обошелся бы на порядки дешевле. Конечно, обитаемая станция - это дорого. Но если объединить несколько задач, то уже появляется смысл. Телескопы лучше размещать на обратной стороне Луны, чтобы не мешало излучение Земли. Можно сделать станцию посещаемой, надо - прилетели, починили что надо и назад.
Рогозин недавно указал на ещё одну миссию наблюдения за космосом, кроме чисто астрономической - обнаружение астероидов, угрожающих Земле столкновением. Чтобы не разделить судьбу динозавров.
Можно также изучать высокоэнергетические космические лучи, которые до поверхности Земли не доходят из-за взаимодействия с атмосферой. Для этого неплохо бы построить объемные детекторы, чтобы эти космические частицы полностью поглотились внутри тела такого детектора. Сейчас эти лучи изучают косвенно, по так называемым ливням вторичных космических лучей. То есть эта высокоэнергичная частица порождает в атмосфере целый поток вторичных частиц, вот это поток и изучают. Согласитесь, гораздо интересней и информативней было бы изучить сами частицы.
Как видите, задач чисто научных масса. Причем именно требующих человеческого присутствия.
После первого этапа освоения Луны, а именно построения научных и туристических станций (ну или скорее всего универсальных), можно будет начать понемногу ставить и другие задачи.