Кратер вечной тени

Кратер вечной тени (англ. Permanently shadowed crater) или кратер вечной тьмы (англ. Craters of eternal darkness) — это депрессия на поверхности небесного тела в Солнечной системе, в которой есть область, никогда не освещаемая Солнцем. Такие области называются «постоянно затенёнными регионами» (англ. permanently shadowed regions)^[1][2].

Лунный кратер вечной тьмы Эрлангер^[англ.]

На 2019 год на Луне были найдены 324 кратера вечной тени^[3]. Кратеры вечной тени есть также на Меркурии^[4][5] и Церере^[6].

Расположение

Кратеры вечной тени на севере Цереры (графика НАСА)

Кратеры вечной тьмы обязаны располагаться в полярных регионах небесных тел, и могут присутствовать лишь на телах с очень малым наклоном оси вращения. Отклонение оси вращения от перпендикуляра к плоскости эклиптики у Луны примерно равно лишь 1,54°, у Меркурия около 0,01°, а у Цереры около 4°. У Земли, Марса и Венеры оно существенно больше, так что кратеров вечной тьмы на этих планетах нет.

На Луне области постоянной тени встречаются на обоих её полушариях до широты 58°, причём известно около 50 постоянно затенённых областей на широтах от 58° до 65°^[7].

Суммарная площадь непрерывно затенённых регионов Луны — около 31 059 км², из них 17 698 км² (57%) расположены в южном полушарии, 13 361 км² — в северном^[8][9].

Условия в кратерах вечной тьмы

Кратеры вечной тьмы на Луне и Меркурии могут быть полезны при колонизации космоса наличием в них водяного льда^[10], который можно превратить в воду для питья, кислород для дыхания и горючее для ракет (жидкий водород и жидкий кислород)^[11]. Примеры таких кратеров, в которых уже отмечено наличие воды, — Рождественский^[12] и Кабео^[13] на Луне. При спектральном анализе данных, собранных зондом LCROSS, в этих кратерах были обнаружены такие элементы, как серебро, платина, золото (0,11 % в пределах отдельного рудного тела) и ртуть в более высоких концентрациях (0,53 %)^[14]. Пример области почти постоянной тьмы на Церере — часть кратера Juling^[15].

Бизнес-анализ показывает, что добыча горючего в таких кратерах может быть коммерчески выгодна^[16]. Доставка горючего для геостационарных спутников с Земли стоит от 10 до 50 млн долларов за тонну^[17]. Доставка его с Луны, в силу её пониженной гравитации, будет обходиться в несколько раз дешевле.

Кратер Шеклтон.

Иногда рядом с кратерами вечной тьмы располагаются пики вечного света, которые могут быть полезны для выработки солнечной энергии. Например, два пика рядом с кратером Шеклтон в сумме освещаются примерно 94 % времени в году^[18].

Температура в постоянно затенённых областях постоянна. На Луне эта температура примерно равна 50 K или ниже^[19] (по другой оценке, 25—70 K^[20]). Столь низкие температуры делают эти области перспективными для размещения будущих инфракрасных телескопов^[11][21].

Однако с другой стороны, компьютерное моделирование показывает, что мощные солнечные бури могут заряжать поверхность около полюсов и, возможно, создавать «вспышки», плавящие и испаряющие грунт^[22][23].

Другие особенности таких регионов — это тьма, мешающая луноходам обозревать окрестности, криогенность реголита, затрудняющая его перемещение, и возможные сложности со связью^[24].

Кратеры вечной тьмы могут содержать очень высокую концентрацию гелия-3, потенциального горючего будущего^[25].

Исследования

В силу постоянной затенённости, области вечной тьмы невозможно картировать телескопами и спутниковыми камерами зрительного диапазона, поэтому их топографические карты составляются лазерными дальномерами.

В 2009 году аппарат НАСА LCROSS сбросил в лунный кратер Кабео ударный зонд и зафиксировал в выбросах от удара воду^[26].

В 2012 году аппарат НАСА LRO обнаружил, что поверхность постоянно затенённых областей имеет пористый и рассыпчатый характер, что указывает на наличие водяного льда^[27].

Агентство НАСА создало для съёмки постоянно затенённых областей с орбиты с высоким разрешением камеру ShadowCam, которую вывели на окололунную орбиту в 2022 году в качестве полезной нагрузки орбитальный аппарат Данури. Благодаря своей конструкции, ShadowCam обладает светочувствительностью, значительно превосходящей (более чем в 200 раз) возможности предыдущих инструментов, таких как камера LROC NAC^[28].

В 2018 году анализ данных аппарата НАСА с индийского зонда Чандраян-1 подтвердил наличие залежей водного льда в кратерах вечной тьмы, основная часть которых находится в регионе Южного полюса Луны^[29].

Планы

НАСА планировало запустить в составе намеченной на 2022 год миссии «Артемида-1» на окололунную орбиту кубсат «Лунный фонарик^[англ.]», специально нацеленный на поиск и оценку залежей лунного льда, однако в ходе подготовки к миссии этот аппарат не попал в очередное «окно интеграции» с основной нагрузкой, и дальнейшая его судьба пока неясна^[30].

Проект Международной лунной обсерватории предполагает установку на валу кратера вечной тьмы Малаперт первого, небольшого, телескопа на поверхности Луны^[31].

Статус

В 2020 году НАСА в одностороннем порядке присвоило постоянно затенённым областям Луны статус «уязвимых мест» (англ. sensitive location), чтобы избежать их загрязнения^[32].

См. также

• Пик вечного света
• Полезные ископаемые Луны^[англ.]