Вопрос хранения вещества, прибывшего к нам из космоса, стал актуальным на рубеже 1960-х и 1970-х годов, когда американские астронавты и советские автоматические станции доставили на Землю первые образцы лунного грунта. Нужно было не только обеспечить идеальное содержание бесценного груза, но и избежать потенциальной угрозы заражения нашей планеты неизвестными науке бактериями.
В нашей стране
В 1947 г., задолго до начала космической эры, в Институте геохимии и аналитической химии (ГЕОХИ) имени В. И. Вернадского была создана Лаборатория геохимических проблем. Задачей института было аналитическое обеспечение технологических процессов производства на радиохимических предприятиях плутониевого комплекса, поэтому лаборатория занялась исследованиями метеоритного вещества.
Специалисты ГЕОХИ достигли существенного прогресса в изучении земной коры и мантии, поведения вещества при высоких давлениях и температурах, природы и особенностей разных проявлений магматизма. С началом космической эры функции Института существенно расширились, и он стал головным в области исследования Луны и планет. Именно здесь была создана установка для изучения физико-химических свойств образцов лунного грунта, доставленных на Землю в 1970–1976 гг. советскими автоматическими станциями серии «Луна».
В то время Советский Союз охотно делился добытым веществом с учеными США, Франции и Великобритании. Взамен советские ученые получили около 30 г лунного грунта, привезенного экипажами «Аполлонов». В «лунной» коллекции ГЕОХИ есть образцы вещества, доставленного с «материковой» и с «морской» частей Селены:
- Apollo 11, Море Спокойствия (Mare Tranquillitatis), июль 1969 г.;
- Apollo 12, Океан Бурь (Oceanus Procellarum), ноябрь 1969 г.;
- «Луна-16», Море Изобилия (Mare Fecunditatis), сентябрь 1970 г.;
- Apollo 14, юго-восточная часть Океана Бурь, январь-февраль 1971 г.;
- Apollo 15, район лунных гор Апеннины, июль–август 1971 г.;
- Apollo 16, материковый район к востоку от кратера Птолемей, апрель 1972 г.;
- «Луна-20», материк к северу от Моря Изобилия, февраль 1972 г.;
- Apollo 17, Таврские горы на границе Моря Ясности (Mare Serenitatis) и Моря Спокойствия, декабрь 1972 г.;
- «Луна-16», Море Изобилия (Mare Fecunditatis), сентябрь 1970 г.;
- «Луна-20», материк к северу от Моря Изобилия, район кратера Амегино, февраль 1972 г.;
- «Луна-24», Море Кризисов (Mare Crisium), август 1976 г.
- В конце 2020-х годов в ГЕОХИ должны прибыть образцы из района южного полюса Луны, которые предстоит доставить на Землю в рамках миссии «Луна-28».
Сегодня в ГЕОХИ имеется крупнейшее в стране хранилище внеземного вещества и единственное российское научное подразделение, проводящее на современном уровне исследования метеоритов, лунного грунта и прочих субстанций, включая материалы экспериментов, проводившихся за бортом советских и российских орбитальных станций.
Институт курирует несколько музеев и экспозиций, в частности «Метеоритную коллекцию» Российской академии наук, где насчитывается 25 тыс фрагментов более 800 метеоритов всех классов и типов, включая редкие и уникальные. По некоторым образцам можно изучать не только науку, но и историю российского государства.
Коллекция берет свое начало с обнаруженного в 1749 г. в 200 км от Красноярска необычного валуна. В 1772 г. немецко-русский ученый Петр Симон Паллас, путешествовавший по Сибири с экспедицией от Санкт-Петербургской академии наук, осмотрел странную глыбу и велел отправить в Петербург, где ее поместили в Кунсткамеру. Позже ученые установили, что объект имеет внеземное происхождение, классифицировали его как метеорит и назвали «Палласово железо» (Pallas Iron, или Krasnojarsk).
С этого первого обнаруженного в России железо-каменного космического тела и пошла наука метеоритика. После его разрезания наибольший кусок массой около 515 кг был выставлен в Минералогическом музее, а отдельные «крохи» можно найти в Музее естественной истории в Вене, Университете Копенгагена, Берлине и других местах.
США. Департамент научного исследования астроматериала
В Космическом центре имени Линдона Джонсона NASA (Хьюстон, штат Техас) в 2001 г. учредили подразделение по сбору и хранению астроматериала (Astromaterials Acquisition and Curation Office). В нем документируется, хранится и оберегается самая большая в мире коллекция внеземного вещества. В ведении этого отдела находится более 20 специализированных лабораторий – каждая по своему профилю изучаемой материи.
Так, в лаборатории Genesis содержатся образцы солнечного ветра, «перехваченные» одноименным аппаратом в точке Лагранжа L1 системы Солнце–Земля с декабря 2001 г. по апрель 2004 г. В лаборатории «звездной пыли» Stardust хранятся образцы из хвоста кометы Вильда 2 (81P/Wild), собранные при сближении с данным небесным телом в январе 2004 г.
Микрометеориты, пойманные на околоземной орбите или на поверхности Луны, находятся в лаборатории Microparticle Impacts, а упавшие в Антарктиде собраны в отдельном месте. В лаборатории Lunar Sample хранится 382 кг лунного вещества, накопленного за шесть высадок американцев на Селену по программе «Аполлон» в 1969–1972 гг.
Сейчас строится еще одна лаборатория – для вещества небольшого околоземного углеродистого астероида Бенну, добытого в октябре 2020 г. межпланетной станцией OSIRIS-REx.
Япония. Центр хранения внеземных образцов ESCuC
До 2008 г. в Японии не было специального места для изучения инопланетного материала. Но в марте 2008 г. для образцов с кремниевого астероида Итокава в Комплексном исследовательском центре Института космических и астронавтических наук ISAS (г. Сагамихара) открыли Центр хранения внеземных образцов ESCuC (Extraterrestrial Sample Curation Center).
Летом 2010 г. туда были доставлены добытые космическим аппаратом «Хаябуса» частицы с Итокава. Таким образом, японцы первыми в мире начали коллекционировать вещество с астероидов. Сюда же 8 декабря 2020 г. был привезен контейнер зонда «Хаябусы-2» с материалом уже другого астероида – Рюгу, и почти сразу же началась работа с образцами. В апреле 2021 г. в них с помощью инфракрасной спектроскопии исследователи обнаружили органические молекулы.
Позже в интернет-журнале Nature Astronomy появилась статья, обобщающая результаты изучения. На поверхности Рюгу японцы обнаружили очень пористые породы, которые оказались настолько легкими, что могли бы удержаться на поверхности воды. Был также сделан вывод, что Рюгу ранее был богат водой и органикой.
В будущем японская научная группа намерена изучать планируемый к доставке на Землю грунт с Фобоса, одной из двух марсианских лун. Запуск аппарата в рамках проекта Martian Moons eXploration намечен на сентябрь 2024 г., прибытие в систему Марса – август 2025 г., а возвращение с образцами Фобоса – сентябрь 2029 г.
Как полагают японские ученые, при падении метеоритов на Красную планету ее «родное» вещество, сорванное с поверхности, долетает до естественных спутников. И если Япония реализует данную миссию в указанные сроки, то образцы Марса она доставит раньше, чем США привезут на Землю капсулы с реголитом, который сейчас собирает на планете ровер Perseverance.
КНР. Лаборатория лунного вещества
Что касается образцов грунта, доставленных на Землю в конце 2020 г. спускаемой капсулой станции «Чанъэ-5», основная их часть помещена на хранение в специально построенную по этому случаю Лабораторию лунного вещества Национальной астрономической обсерватории Китайской академии наук NAOC (Пекин). Специалисты имеют возможность изучить химический и минералогический состав породы, а для точного определения возраста материала применят метод радиометрического датирования.
Для пущей сохранности лунных образцов в Шаошане (пров. Хунань), городе, где родился основатель КНР Мао Цзэдун, будет работать одно из постоянных хранилищ.
В сентябре 2022 г. представители Китайского национального космического управления CNSA и Китайского агентства по атомной энергии CAEA сообщили, что, исследуя образцы «Чанъэ-5», они открыли новый лунный минерал, который назвали «Камень Чанъэ». Китайские ученые также определили концентрацию гелия-3 – изотопа, которому предстоит сыграть важную роль в будущей термоядерной энергетике.
А изучение базальтовых обломков позволило сделать вывод об удивительно молодой вулканической активности, возраст которой составляет всего 2 млрд лет. Он подвергает сомнению теорию, что Луна геологически мертва по меньшей мере 3 млрд лет, которая возникла после изучения образцов, собранных полвека назад американскими «Аполлонами».
Кстати говоря, частью вещества Селены Китай поделится с Организацией Объединенных Наций и международными партнерами, проявившими интерес к исследованию.Любопытно, что США не планируют обменивать образцы, доставленные «Аполлонами», на материал «Чанъэ-5». Это связано с ограничениями американского законодательства на сотрудничество NASA с китайскими организациями – так называемая поправка Вульфа, принятая Конгрессом США в 2011 г.
Помогает изучать Солнечную систему
Внеземное вещество отличается от встречаемого на нашей планеты по структуре. Живя на поверхности Земли, мы пока не пробились через ее кору и лишь косвенно судим, из чего состоят ядро и мантия нашей планеты. Изучение внеземного вещества как раз и дает представление, какими по составу могут быть ядро и мантия Земли и других планет. Оно поможет проверить различные гипотезы образования Земли, Луны и всей Солнечной системы.
Сопоставление изотопных и химических данных по земному и внеземному веществу показало, что наша звезда и обращающиеся вокруг нее планеты и малые тела возникли из газопылевого облака в результате единовременного процесса.
Категории внеземного вещества
Все космические образцы условно делятся на две категории — «в свободном доступе» (non-restricted) и «с ограниченным доступом» (restricted). Считается, что все зависит от происхождения: если мы располагаем «кусками» Луны, астероидов, комет или космической пылью, то это первая категория.
Отнесение к категории «с ограниченным доступом» подразумевает, что образцы содержали или содержат пригодную для микроскопической жизни среду, вследствие чего с ними надо обращаться как с биологически очень опасными.
Автор: Евгений РЫЖКОВ
Материал опубликован в журнале «Русский космос»