Задачей полета LCROSS, или Lunar Crater Observing and Sensing Satellite, космического аппарата-попутчика для LRO, было выяснить, есть ли лед в области, которая называется «зоной вечной тени» в темных кратерах на полюсах Луны. Солнечные лучи очень редко или вообще никогда не освещают дно таких кратеров, потому что их высокие стены отбрасывают длинные тени, закрывая внутреннюю область кратера от постоянно низко висящего над горизонтом солнца.

LCROSS отправился в космос на той же самой ракете, что и LRO, и долетел до Луны вместе с разгонным блоком Centaur (который представлял собой верхнюю ступень ракеты Altas V). Согласно плану эксперимента, израсходованная ракетная ступень должна была упасть в кратер Кабео около южного полюса Луны, в зону вечной тени. Четыре минуты спустя «пасущий» ее аппарат LCROSS должен был последовать за ней, изучая поднятое от удара облако пыли при помощи девяти научных инструментов, чтобы определить, какие материалы окажутся выброшены со дна этого темного неизученного кратера. LRO, космический телескоп «Хаббл» и наземные телескопы тоже по плану должны были попытаться заснять эти события.

Этот эксперимент испортил настроение группе гражданских активистов, которые обеспокоились тем, что LCROSS повредит Луне, а также тем обстоятельством, что NASA собирается «разбомбить» нашу небесную соседку. Даже при том, что от удара, предположительно, должны были взлететь вверх тонны лунного реголита, научный руководитель проекта LCROSS Тони Колаприт дал такую оценку: воздействие аппарата на Луну окажется в миллион раз более слабым, чем ресница пассажира, упавшая на пол внутри летящего «Боинга‐747», воздействует на его полет.

– То, что мы собираемся сделать, повторяет природный процесс, который происходит на Луне четыре раза в месяц независимо от того, находимся мы там или нет, – говорит Колаприт. – Разница лишь в том, что LCROSS метит в специально выбранную цель, кратер Кабео, а законы физики убеждают нас в том, что помеха движению Луны будет предельно ничтожной.

9 октября 2009 года эксперимент состоялся, как было запланировано, и, несмотря на то что облако выброса не удалось увидеть с Земли, LCROSS пролетел сквозь него, собирая и оперативно передавая данные на Землю до того, как сам рухнул на Луну, подняв вторую тучу пыли.

Ракетный блок Centaur массой 2400 кг создал своим ударом кратер размером примерно 25 на 30 м, и, по оценке научной группы LCROSS, от 4 до 6 тонн материала было подброшено вверх со дна вечно темного кратера в освещенное Солнцем пространство над ним и попало в поле зрения приборов LCROSS.

Ученые сумели определить, что в выбросе содержалось значительное количество воды, причем в разных формах.

– Мы зарегистрировали наличие водяного пара, – рассказывает Колаприт в Научно-исследовательском центре имени Эймса, – и, что гораздо более важно, мы зарегистрировали водяной лед. Наличие льда важно потому, что оно свидетельствует об определенном уровне концентрации воды.

Сколько льда может там быть? Как говорит Колаприт, лед на дне кратера лежит «глыбами». Объединенные данные спектрометрических наблюдений на борту аппарата-«пастуха» LCROSS в ближнем инфракрасном диапазоне, ультрафиолете и видимых лучах дают понять, что суммарная масса выброшенного из кратера водяного льда и пара составила 155 кг. Исходя из этого, Колаприт и его коллеги определили, что от 5 до 8 % массы материала дна кратера Кабео приходится на чистый водяной лед.

Дженнифер Хелдман, другой участник научной группы проекта LCROSS, говорит, что данные, полученные инструментами на борту их аппарата, а также информация с борта LRO (особенно инструмента LAMP, картирующего ультрафиолетового регистратора линий Лайман-Альфа) свидетельствуют, что самым обильным летучим веществом в лунном грунте по отношению к его полной массе является вода, а за ней по убыванию массовой доли располагаются сероводород, аммиак, диоксид серы, ацетилен, углекислый газ и несколько различных углеводородов.

– Мы обнаружили все эти летучие вещества, – говорит она, – то есть, по сути, газы, которые могут конденсироваться при очень низких температурах. Некоторые из моих коллег-ученых считают, что эти зоны вечной тени – своего рода «помойки» Солнечной системы, потому что в них откладывается материал, принесенный ударными и другими процессами, и у молекул, попавших туда, просто не хватает энергии, чтобы куда-то еще «убежать». Так что там имеется обширное вместилище воды и всех прочих веществ, которые застряли на полюсах.

Если люди когда-либо вернутся на Луну, доступ к воде и другим веществам станет важным преимуществом. Лунную воду можно будет пить, а из составляющих ее элементов – водорода и кислорода – можно производить ракетное топливо и пригодный для дыхания воздух.

Хелдман и Колаприт говорят, что результаты изысканий LCROSS коренным образом изменили то, что мы знаем о полюсах Луны.

– Это было настоящее путешествие первооткрывателей, – считает Колаприт. – Мы отправились туда, где никогда не бывали раньше; ученые десятилетиями мечтали изучить зоны вечной тени. Мы не остались разочарованы, хотя некоторые из наших находок до сих пор заставляют нас ломать голову.

Другие недавние открытия тоже оказались с сюрпризами, а также засвидетельствовали наличие большого количества ресурсов на Луне. В 2015 году имеющийся на борту LRO инструмент Lunar Exploration Neutron Detector (LEND, «Лунный нейтронный детектор») определил, что водородосодержащие молекулы, включая, возможно, и воду, более распространены на тех склонах кратеров в южном полушарии Луны, которые обращены к южному полюсу.

Картирующий ультрафиолетовый регистратор линий Лайман-Альфа LAMP – это спектрограф, который сканирует лунный ландшафт и ведет съемку крайне разреженной атмосферы Луны в ультрафиолетовом диапазоне спектра. Он тоже обнаружил на полюсах лед, а также гелий в составе лунной атмосферы в количестве около 40 000 атомов на кубический сантиметр. Но это количество, похоже, циклически меняется в зависимости от температуры поверхности и лунного цикла смены дня и ночи. Планетологи пока еще не определили точно, происходит ли гелий из местных лунных источников или приносится на Луну солнечным ветром.

Вдобавок к этому LEND, LAMP и LOLA обнаружили на поверхности Луны изменения, которые могут быть связаны с явлением так называемой миграции летучих компонентов: это означает, что небольшие количества воды и других веществ на Луне могут появляться, исчезать и перемещаться. Хотя механизм этих процессов пока не очень понятен, предполагается, что связан он, опять же, с колебаниями температур во время смены лунного дня и ночи.

Радар на борту LRO, точнее, Miniature Radio Frequency – это радар с синтезированной апертурой, который занимается картографированием Луны, и ему принадлежит заслуга в составлении первой радарной карты обратной стороны. По ходу проекта у этого инструмента появились проблемы с передатчиком, поэтому теперь его группа работает в сотрудничестве с командой радиотелескопа Аресибо в Пуэрто-Рико и проводит бистатические или двухпозиционные измерения, чтобы заглянуть на дно приполярных лунных кратеров. Для их выполнения Аресибо посылает радиосигнал, который отражается от Луны, а затем Mini-RF принимает его.

– Сделав ряд таких наблюдений с двумя радарными инструментами при различных углах между ними, можно собрать прекрасные данные по залегающему под поверхностью льду, – говорит Вондрак. – Это первый случай, когда была сделана попытка выполнить измерения этим методом с Земли.

Еще Lunar Reconnaissance Orbiter удалось найти более двухсот «пещер» – ям на Луне с крутыми склонами, – которые не только заставляют помечтать (может быть, в будущем появятся лунные спелеологи?), но и могут послужить в качестве укрытий для будущих астронавтов, предоставив им защиту от радиации, микрометеоритов и пыли. Их размеры колеблются от приблизительно 5 до 900 м в ширину. Исследования пещер могут пролить свет на внутреннее строение Луны и историю ее формирования.

Находка, сделанная при помощи еще одного инструмента LRO, инфракрасного радиометра Diviner, выставляет Луну не такой уж привлекательной перед будущими путешественниками-исследователями, но по-своему исключительной: оказывается, на ней расположено самое холодное место в Солнечной системе. Находится эта леденящая кровь точка, опять же, внутри постоянно затененного кратера вблизи южного полюса Луны. Там, в вечной тьме, температура все время остается на уровне –240 °C, или на 33 градуса выше абсолютного нуля – это более низкая температура по сравнению с измеренной на поверхности Плутона, и, вероятно, там холоднее, чем в самых дальних уголках Солнечной системы.

Информация, собранная LRO, говорит о том, что Луна, оказывается, сжимается. Недавно обнаруженные детали лунной коры, скальные образования под названием дольчатые эскарпы, свидетельствуют: Луна испытала глобальное сжатие в геологически недавнем прошлом, и этот процесс может продолжаться и сейчас.

– Это похоже на то, как если вы положите апельсин или другой фрукт на солнцепек и он станет засыхать, а на его поверхности появятся морщины и трещины, потому что корка делается слишком большой для фрукта, который теряет свой объем, – описывает ситуацию Вондрак. – Так происходит и с Луной – только там этот процесс исключительно медленный, но тем не менее мы видим хребты-морщины, которые сформировались на ее поверхности из-за медленного сжатия.

Одно из самых замечательных открытий, как говорит Петро, было сделано, когда научная группа, занимающаяся обработкой изображений с камеры, увидела образование новых кратеров.

– Ударные кратеры образуются и сейчас, за последние пять-семь лет мы открыли несколько новых, – говорит он. – Ни один предыдущий аппарат не смог этого сделать, потому что единственный способ опознать кратер, которого раньше не было, – это вести наблюдения в течение продолжительного времени. А ни один из ранее работавших на орбите Луны искусственных спутников не служил дольше двух лет.

Выяснилось, что метеороиды падают на Луну чаще, чем предполагалось. Группа исследователей в Центре космических полетов имени Маршалла в городе Хантсвилл, штат Алабама, США, следит за Луной и регистрирует такие события, и благодаря комбинации их данных с данными, собранными камерами LROC, каждый год удается обнаружить сотни свежих ударных образований. Группа обработки изображений LROC просматривает старые фотографии, полученные камерой в первые два года программы, и затем сравнивает их со свежими снимками, чтобы найти новые ударные кратеры, которые появились между двумя моментами съемки. Так называемые временны`е пары снимков, подобранные по принципу «до и после», позволяют находить новые места падения космических тел, а также другие изменения рельефа поверхности.

Одно из таких падений стало ярчайшей вспышкой на Луне, зарегистрированной группой из Центра Маршалла. 17 марта 2013 года тело размером с небольшой валун врезалось в поверхность Луны в Море Дождей и взорвалось, создав в 10 раз более яркую вспышку света, чем любая из ранее зарегистрированных. Команда LROC сумела выполнить съемку примерного района вспышки и нашла кратер, отсутствовавший на предыдущих снимках.

По оценкам ученых, масса упавшего метеороида составляла 40 кг, он имел примерно 0,3 м в поперечнике и столкнулся с Луной на скорости 90 000 км/ч. Случившийся в результате взрыв был эквивалентен подрыву 5 тонн тринитротолуола. Кратер, который получился на месте удара, невелик по меркам лунных кратеров, всего лишь около 19 м в диаметре. Но выбросы от удара разлетелись на сотни метров вокруг. LROC зафиксировала более двухсот связанных с этим событием изменений поверхности на расстояниях до 30 км от точки падения.

– Людям казалось, что Луна – это мир, замерший в неподвижности, что она не меняется, – говорит Вондрак, – но мы доказали, что на ней происходят изменения. Мы снова фотографируем те же самые области, что и раньше, и определяем места свежих ударов космических тел. Мы нашли доказательства наличия льда в кратерах на полюсах Луны, а также полярные пики, которые почти всегда освещаются Солнцем: такие районы могут стать идеальным местом для людей-поселенцев и исследователей, потому что там есть все необходимые для жизни ресурсы.

– Думать, что Луна мертва, неправильно, – говорит Петро. – Мы видим, как на ней происходят изменения, и я всегда стараюсь внушить всем мысль о том, что за все то время, которое LRO провел около Луны, на самой Луне прошло лишь около 80 местных лунных суток. Это соответствует семи годам Земли, но, по-моему, неправильно на Луне считать время именно так. Мы наблюдаем различные процессы на спутнике Земли, протекающие в течение одного лунного дня (29,5 земных суток). Чтобы заметить и отследить характерные местные процессы, надо находиться здесь в течение более длительного времени.

Даже в случае продления полета LRO сможет изучать Луну лишь около сотни лунных суток.

– У нас еще полно научной работы, мы даже и близко не закончили изучение Луны, – уверяет Петро. – Наблюдая Луну на протяжении длительного периода, вы действительно можете уловить эти небольшие вариации и сдвиги. По сути, такие изменения свойственны любому безатмосферному небесному тему, и сказанное относится не только к Луне, но и, например, к астероидам, спутникам Марса и Меркурию. Поэтому, я считаю, наши изыскания помогают людям лучше понять, какие процессы там идут и как они влияют на лишенные атмосфер объекты.