Луна снаружи
Структура и состав
Большая часть знаний о лунном интерьере была получена из миссий Аполлона и с роботизированных космических кораблей, включая Галилей, Клементина и Лунный проспект, который наблюдал Луну в 1990-х годах. Комбинируя все имеющиеся данные, ученые создали картину Луны в виде многослойного тела с низкой плотностью. кора , толщина которой варьируется от 60 до 100 км (40–60 миль) и покрывает более плотную мантию, которая составляет большую часть объема Луны. В центре, вероятно, есть маленький металлический, богатый железом ядро с радиусом около 350 км максимум. Одно время, вскоре после образования Луны, ядро имело электромагнитное динамо, подобное земному ( см.Геомагнитное поле ), которое объясняет остаточный магнетизм, наблюдаемый в некоторых лунных породах, но, похоже, такая внутренняя активность давно прекратилась на Луна.
Несмотря на эти достижения в знаниях, остаются важные неопределенности. Например, кажется, что нет общепринятого объяснения тому, что кора асимметрична: толще на обратной стороне Луны, а мария преимущественно на ближней стороне. Изучение образцов, выкопанных в естественных условиях из крупных ударных бассейнов, может помочь решить этот и другие вопросы лунной истории.
Внутренняя деятельность прошлого и настоящего
Идея о том, что лунная кора является продуктом дифференциации в древнем океане магмы, в некоторой степени подтверждается данными о составе, которые показывают, что легкие породы, содержащие такие минералы, как плагиоклаз , выросли, в то время как более плотные материалы, такие как пироксен и оливин , утонули в стать источниками регионов для более позднего эпизода радиоактивного нагрева, который привел к оттоку базальтов кобылы.Независимо от того, существовал ли когда-либо единый глобальный океан расплавленной породы, ясно, что история Луны — это период сильного нагревания и таяния в сложной серии событий, которые привели бы к удалению летучих веществ (если бы они присутствовали) и стерли запись. более ранних минеральных составов .
В настоящее время все свидетельства указывают на Луну как на тело, в котором, из-за ее небольшого размера, все вызванные теплом внутренние процессы прекратились. Его тепловой поток у поверхности, измеренный на двух участках приборами Apollo, по-видимому, меньше половины земного. Сейсмическая активность, вероятно, намного меньше, чем на Земле, хотя этот вывод должен быть подтвержден более длительными наблюдениями, чем предоставил Аполлон. Многие из Обнаруженные лунные землетрясения кажутся лишь небольшими «скрипами» во время постоянной корректировки Луны к гравитационным градиентам на ее эксцентричной орбите , тогда как другие вызваны метеоритами или тепловыми воздействиями.Землетрясения действительно тектонического происхождения кажутся необычными.Происходящие небольшие землетрясения демонстрируют явные отличия от Земли в способах передачи сейсмических волн как в реголите, так и в более глубоких слоях. Сейсмические данные предполагают, что воздействия раздробили и смешали верхнюю часть лунной коры таким образом, что оставил большую часть пустого пространства. На глубинах свыше десятков километров кора ведет себя как консолидированная сухая порода.
Происхождение и Эволюция
С появлением научных исследований в эпоху Возрождения исследователи попытались согласовать теории происхождения Луны с имеющейся информацией, и вопрос о формировании Луны стал частью попытки объяснить наблюдаемые свойства Солнечной системы ( см. Солнечная система: происхождение солнечной системы ). Сначала подход был в значительной степени основан на математическом исследовании динамики Система Земля-Луна . Строгий анализ тщательных наблюдений за период более 200 лет постепенно выявил, что из-за приливных воздействий ( см. Прилив ) вращения как Луны, так и Земли замедляются, и Луна удаляется от Земли. Затем исследования вернулись к рассмотрению состояния системы, когда Луна была ближе к Земле. На протяжении 17, 18 и 19 веков исследователи изучали различные теории о лунном происхождении, пытаясь найти такую, которая согласуется с наблюдениями.
Теории лунного происхождения можно разделить на три основные категории: коакреция, деление и захват. Сокращение предполагает, что Луна и Земля были сформированы вместе из исконного облака газа и пыли. Этот сценарий, однако, не может объяснить большой момент импульса существующей системы. В теории деления жидкости Прото-Земля начала вращаться так быстро, что отбросила массу материала, образовавшего Луну. Несмотря на убедительность, теория в конечном итоге потерпела неудачу при детальном рассмотрении; Ученые не смогли найти комбинацию свойств вращающейся прото-Земли, которая бы выбрасывала правильный вид прото-Луна. В соответствии с Теории захвата , Луна сформировалась в другом месте Солнечной системы и была позже захвачена сильным гравитационным полем Земли. Этот сценарий долгое время оставался популярным, хотя обстоятельства, необходимые в небесной механике для торможения проходящей Луны на правильную орбиту, всегда казались маловероятными.
К середине 20-го века ученые выдвинули дополнительные требования для жизнеспособной теории лунного происхождения. Большое значение имеет наблюдение, что Луна гораздо менее плотная, чем Земля, и единственная вероятная причина состоит в том, что Луна содержит значительно меньше железа. Такая большая химическая разница противоречила общему происхождению двух тел. Теории независимого происхождения, однако, имели свои проблемы.Вопрос оставался нерешенным даже после научно продуктивных миссий Аполлона, и только в начале 1980-х годов появилась модель — Гипотеза о гигантском воздействии, которая в конечном итоге получила поддержку большинства лунных ученых.
В этом сценарии прото-земли, вскоре после своего образования из солнечной туманности около 4,6 миллиардов лет назад, был нанесен скользящий удар телом размером с Марс . До удара оба тела уже подвергались дифференцировке в ядро и мантию. Титановое столкновение выбросило облако фрагментов, которые сгруппировались в полное или частичное кольцо вокруг Земли, а затем объединились в прото-луну. Выброшенная материя состояла в основном из материала мантии сталкивающегося тела и прото-Земли, и она столкнулась с огромным нагревом от столкновения. В результате образовавшаяся прото-Луна была сильно обеднена летучими веществами и относительно обеднена железом (и, следовательно, также и сидерофилами). Компьютерное моделирование столкновения показывает, что, при правильных начальных условиях, могло образоваться орбитальное облако, столь же массивное, как Луна.
Когда прото-луна присутствовала в облаке обломков, она быстро сместила бы оставшиеся фрагменты в результате огромной бомбардировки. Затем, в течение примерно 100 миллионов лет, скорость воздействия на тела уменьшалась, хотя иногда по-прежнему происходили столкновения с крупными объектами. Возможно, это было время предполагаемого магматического океана и дифференциации древней коры, богатой плагиоклазом. После того, как Луна остыла и достаточно затвердела, чтобы сохранить ударные шрамы, она начала сохранять огромные признаки столкновений, образующих бассейн, с телами размером с астероид, оставшимися от образования Солнечной системы. Около 3,9 миллиардов лет назад один из них образовал большой бассейн Имбриума, или Маре Имбриум и его горные валы. В течение некоторого периода в течение следующих нескольких сотен миллионов лет произошла длинная последовательность вулканических явлений, которые наполнили близлежащие бассейны маре-лавами.
Стремясь разгадать историю этого периода, ученые применили современные аналитические методы к образцам лунных пород. Базальты кобылы демонстрируют широкий спектр химических и минеральных составов, отражающих различные условия в глубоких областях мантии, где, предположительно из-за нагрева от радиоактивных элементов в породе, первичные лунные материалы были частично переплавлены и фракционированы, так что лавы имели уникальный след -элементные подписи до поверхности. Изучая прошлые события и процессы, отраженные в минеральных, химических и изотопных свойствах этих пород, лунные ученые медленно строили картину пестрой Луны. Их результаты предоставили ценную справочную информацию для усилий на основе Земли и космических кораблей, чтобы составить карту того, как содержание важных материалов изменяется на поверхности Луны.
Как только огромные потоки лавы кобылы уменьшились, очевидно, источник тепла Луны иссяк.Последние несколько миллиардов лет его истории были спокойными и по существу геологически неактивными, за исключением продолжающегося проливного дождя, который также уменьшается со временем, и микроскопического выветривания из-за бомбардировки солнечным и космическим излучением и частицами.
Лунная Разведка
Ранние исследования
Исследования Луна и некоторое понимание лунных явлений можно проследить до нескольких веков ДО нашей ЭРЫ . В древности В Китае движение Луны было тщательно записано как часть грандиозной структуры астрологической мысли. Как в Китае, так и на Ближнем Востокенаблюдения стали достаточно точными, чтобы можно было прогнозировать затмения, а регистрация затмений оставила данные, представляющие большую ценность для более поздних ученых, заинтересованных в отслеживании истории системы Земля-Луна. ( См.Затмение: Использование затмений в астрономических целях .) Несколько ранних греческих философов видели причину полагать, что Луна была населена, хотя они не основывали свои выводы на научных принципах. Греческий астроном и математик Гиппарх , с другой стороны, принял экспериментальный подход: наблюдая за круглой тенью Земли, ползущей по Луне во время лунного затмения, он пришел к выводу, что Земля должна быть сферической и что Луна была независимым миром, и он правильно объяснил фазы Луны и точно Расчетное расстояние между двумя телами. Потом, Были составлены календари майя, которые отражали результаты тщательного наблюдения и долгосрочного прогноза.
На протяжении веков знания о Луне накапливались медленно, движимые астрологическими и навигационными потребностями, пока не начался всплеск прогресса в Ренессанс . В начале 1600-х годов немецкий астроном Йоханнес Кеплер использовал наблюдения, сделанные Тихо Браге из Дании, чтобы эмпирически найти законы, управляющие движением планет. Кеплер написал замечательное произведение научной фантастики , Сомниум («Сон»), который описывает жизнь воображаемых жителей Луны и правильно отображает такие факты, как высокая температура солнечной стороны Луны. В 1609–10 Галилей начал свои телескопические наблюдения, которые навсегда изменили человеческое понимание Луны. До сих пор большинство усилий было посвящено пониманию движения Луны в космосе, но теперь астрономы начали концентрировать свое внимание на характере самой Луны.
Разведка космический корабль
Первые роботизированные миссии
После запуска в 1957 году спутника СССР Спутник, первый космический корабль на орбиту Земли, стало очевидно, что следующая главная цель как Советский а Космическими программами США будет Луна ( см. Исследование космоса ). Соединенные Штаты быстро подготовили и запустили несколько роботизированных лунных зондов, большинство из которых не удалось, и ни один из которых не достиг Луны. Советский Союз добился большего успеха, добившись в 1959 году первого выхода из гравитации Земли с Луна 1, первое воздействие на поверхность Луны с Луны 2, и первое фотографическое исследование обратной стороны Луны с Луной 3. После Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА) было основано в 1958 году, программа США стала более амбициозной в техническом отношении и более научно ориентированной. Первоначальные исследования космического корабля были направлены на изучение фундаментального характера Луны как планетарного тела с помощью сейсмических наблюдений, гамма-спектрометрии и съемки крупным планом. Ученые полагали, что даже ограниченные сейсмические данные дадут ключ к решению вопроса о том, было ли Луна примитивным, недифференцированным телом или телом, которое было нагрето и изменено физическими и химическими процессами, такими как на Земле. Измерения гамма-излучения дополнят сейсмические результаты, показывая, достаточно ли радиоактивна внутренняя часть Луны, чтобы служить активным тепловым двигателем, и они также дают некоторую информацию о химическом составе поверхности Луны. Снимки позволят выявить объекты, слишком малые, чтобы их можно было увидеть с Земли, возможно, предоставив информацию о лунных поверхностных процессах, а также вызвав общественный интерес.
Маре Смития, лежащая на границе между ближней и дальней сторонами, представляет собой круговую темное пятно внизу и слева от центра, а Mare Moscoviense — темный круг в правом верхнем углу. Справа внизу в виде темного пятна с внутренней белой точкой находится кратер Циолковский с его центральной вершиной.НАСА / Центр космических полетов Годдарда
Среди девяти США Рейнджерские миссии, начатые между 1961 и 1965 годами, Ranger 4 (1962) стали первым американским космическим кораблем, поразившим Луну. Однако только последние три корабля избежали мучительных неисправностей, которые ограничивали или преждевременно заканчивали миссии их предшественников. Рейнджер 7 (1964) возвратил тысячи превосходных телевизионных изображений, прежде чем ударить, как задумано, а Рейнджерс 8 и 9 (оба 1965) последовали успешно. Ударная локация Ranger 7 была названа Mare Cognitum за полученные новые знания, главным примером которых было открытие, что даже небольшие лунные объекты в основном подчинены непрекращающимся воздействиям метеоритов.
После ряда неудач в середине 1960-х годов Советский Союз добился нескольких заметных достижений: первая успешная лунная мягкая посадка Луны 9 и первая лунная орбита Луны 10, обе в 1966 году. Снимки с Луны 9 показали мягкую, щебень Характер реголита и, поскольку посадочная капсула не исчезла из поля зрения, подтвердили ее приблизительную несущую способность. Данные гамма-излучения от Luna 10 намекают на базальтовую композицию для ближних боковых областей. В 1965 году советская миссия облета Зонд 3 дал хорошие снимки с обратной стороны Луны.
Луна 9, первый космический корабль, совершивший мягкую посадку на Луне. Он был запущен Советским Союзом 31 января 1966 года и возвращал фотографии лунной поверхности в течение трех дней.Новости Агентство Пресс
В середине 1960-х годов Соединенные Штаты осуществляли свои собственные посадки с мягкой посадкой и орбитальные миссии. В 1966 году Сюрвейер 1 приземлился на Луну и вернул панорамные телевизионные изображения. В период с 1966 по 1968 год последовало еще шесть сюрвейеров с двумя неудачами; они предоставили не только подробные телевизионные изображения лунного пейзажа, но и первые химические данные о лунном грунте и первую информацию о механике грунта, показывающую механические свойства нескольких верхних сантиметров реголита. Кроме того, в течение 1966–67 гг. Lunar Orbiter s сделал фотографические исследования большей части лунной поверхности, предоставляя картографирование, необходимое для планирования миссий Аполлона.
Аполлон
После того, как в апреле 1961 года советский космонавт Юрий Гагарин стал пионером полета человека на Землю, президент США Джон Ф. Кеннеди установил национальную цель высадки человека на Луну и безопасного возвращения его к концу десятилетия. Аполлон был результатом этих усилий.
В течение нескольких лет Советский Союз и Соединенные Штаты были вовлечены в политическую и технологическую гонку за запуск пилотируемых полетов на Луну. В то время Советы публично не признавали всю полноту своей программы, но в период между 1968 и 1970 годами под общим названием «Зонд» они запустили ряд полукруглых миссий предшественников человека с использованием космического корабля, созданного на основе их пилотируемого проекта « Союз» . Некоторые из полетов Зонда принесли с собой цветные фотографии обратной стороны Луны и благополучно перенесли живых черепах и других организмов вокруг Луны и обратно на Землю. Параллельно с этими разработками советские ученые начали запуск серии роботизированных космических аппаратов «Луна», предназначенных для выхода на лунную орбиту и последующего приземления с тяжелыми грузами. Эта серия, продолжавшаяся до 1976 года, в конечном итоге вернула образцы бурового керна реголита к Земле, а также приземлился два колесных ровера, Луноход 1 и 2 (1970 и 1973), которые первыми начали роботизированное мобильное исследование Луны.
В декабре 1968 года, отчасти из-за беспокойства о том, что Советский Союз может первым доставить людей в окрестности Луны, Соединенные Штаты использовали миссию «Аполлон-8», чтобы взять трех астронавтов — Фрэнк Борман , Джеймс Ловелл и Уильям Андерс — на лунную орбиту. После трехкратного облета Луны экипаж благополучно вернулся домой с сотнями фотографий. Миссии Аполлон 9 и 10 завершили оставшиеся испытания систем, необходимых для посадки на Луну и восхождения на нее. 20 июля 1969 года Аполлон-11 космонавтов Нил Армстронг и Эдвин («Жужжание») Олдрин ступил на Луну, а Майкл Коллинз вращается над ними. Последовали еще пять успешных пилотируемых десантных миссий, которые закончились Аполлоном 17 в 1972 году; по завершении программы на Луну ступили в общей сложности 12 астронавтов.
Двадцать лет спустя Советский Союз признал, что он действительно стремился к той же цели, что и «Аполлон», не только с помощью набора модулей космических кораблей для посадки на Луну и возвращения с нее, но также с созданием огромной ракеты-носителя , называемой N1 , сравнимый с программой Apollo Saturn V. После нескольких неудачных попыток запуска N1, программа была отменена в 1974 году.
После миссий «Аполлон» лунные ученые продолжали проводить многоспектральные наблюдения с Земли на расстоянии и совершенствовали инструментальные методы и методы анализа данных. Во время полетов Галилея с Земли и Луны в декабре 1990 и 1992 гг. На пути к Юпитеру космический аппарат продемонстрировал потенциал для космических многоспектральных наблюдений, т.е. Съемки Луны в нескольких дискретных диапазонах длин волн, для сбора геохимических данных. В качестве следующего логического шага ученые в целом согласились провести глобальный обзор физических и геохимических свойств с помощью автоматического космического корабля на полярной орбите над Луной и использовать методы, разработанные на основе тех, которые использовались во время миссий «Аполлон». Наконец, после долгого перерыва , орбитальное картографирование Луны возобновилось с полетами Космические аппараты «Клементина» и «Лунный проспект», запущенные в 1994 и 1998 годах соответственно.
В первом десятилетии 21-го века интерес к исследованию Луны возродился среди крупных космических стран. В Соединенных Штатах самая амбициозная программа исследования с тремя беспилотными спутниками — Лунным разведывательным орбитальным аппаратом(запущенным в 2009 году), Лабораторией восстановления и внутренней гравитации(запланированным на запуск в 2011 году) и Исследователем лунной атмосферы и пылевой среды (запланированным на запуск в 2012 году).
Исследование Луны было ключевой частью азиатской космической гонки, в которой исследования Луны были запущены Японией ( Kaguya , запущена 14 сентября 2007 г.), Китаем ( Chang’e 1 , запущена 24 октября 2007 г.) и Индией ( Чандраян-1 , запущен 22 октября 2008 г.).Chang’e 1 и Chandrayaan-1 были каждый первый спутник в своей стране, чтобы покинуть орбиту Земли. Все три этих зонда вращались вокруг Луны, но их преемники, кроме Chang’e 2 (запуск которого запланирован на 2010 год), будут роботизированными роверами, которые будут исследовать поверхность Луны: Chandrayaan-2, Selene-2 (продолжение в Kaguya) и Chang’e 3. Все эти вездеходы планируется запустить в 2012 году. (Chandrayaan-2 также будет частью совместной миссии с Россией, в которую войдет орбитальный аппарат Luna-Glob.)
Результаты миссии программы «Аполлон»
Программа «Аполлон» произвела революцию в понимании человеком Луны. Собранные образцы и наблюдения человека и инструментальных средств продолжали изучаться в 21 веке.Анализ образцов из миссий на Луне также продолжался и является ценным, поскольку они были собраны в восточных экваториальных районах, вдали от мест Аполлона.
Один новый и фундаментальный результат пришел из радиометрии возрастные датировки образцов. Когда порода охлаждается от расплавленного до твердого состояния , ее радиоактивные изотопы иммобилизируются в кристаллических решетках минералов и затем распадаются на месте. Зная скорость распада одного ядерного вида ( нуклида ) на другой, ученые, в принципе, могут использовать отношения продуктов распада в качестве часов для измерения времени, прошедшего с момента охлаждения породы. Некоторые нуклиды, такие как изотопы рубидия и стронция, могут использоваться для датирования горных пород, возраст которых составляет миллиарды лет ( см. Датирование рубидием-стронцием ). Необходимым измерениям угрожают загрязнение и другие проблемы, такие как прошлые события, которые могли сбросить часы. Тем не менее, с большой осторожностью в подготовке проб и масс-спектрометрии , изотопные отношения могут быть найдены и преобразованы в оценки возраста. Ко времени возвращения образцов Аполлона ученые усовершенствовали это искусство, и, используя образцы метеоритов, они уже исследовали раннюю историю Солнечной системы.
Анализ первых лунных образцов подтвердил, что Луна является развитым телом с долгой историей дифференциации и вулканической активности . В отличие от земной коры, однако,Лунная кора не перерабатывается тектоническими процессами, поэтому сохранила записи древних событий. Образцы горных пород, возвращенные более поздними миссиями Аполлона, имеют возраст почти четыре миллиарда лет, что свидетельствует о том, что корка Луны уже была твердой после того, как планеты сконденсировались из солнечной туманности . кобылабазальты , хотя они охватывают широкий диапазон возрастов, как правило, показывают, что наполнение бассейна вулканическими извержениями происходило намного позже образования горной местности; по этой причине они, как полагают, возникли в результате более позднего радиоактивного нагревания на Луне, а не во время первичного нагревательного события. Анализ микроэлементов показывает, что магматические процессы частичного плавления породили разные лавы.
Помимо сбора образцов, астронавты Аполлона проводили геологические наблюдения, фотографировали и размещали долговечные массивы приборов и световозвращатели на поверхности Луны. Не только десантные экспедиции, но и орбитальные наблюдения Аполлона дали важные новые знания. На каждой миссии Луны-орбиты Командование и Сервисные модули несли камеры и приборы дистанционного зондирования для сбора композиционной информации.
Клементина и Космический аппарат Lunar Prospector , работающий на лунных полярных орбитах, использовал дополнительные наборы приборов дистанционного зондирования для картирования всей Луны, измерения ее поверхностного состава, геоморфологии, топографии , а также гравитационных и магнитных аномалий . Топографические данные указывают на огромный бассейн Южного полюса — Айткен, который, как и другие бассейны на противоположной стороне, лишен лавового наполнения. Имея в диаметре около 2500 км (1550 миль) в диаметре и 13 км (8 миль) в глубину, это самая большая ударная особенность на Луне и самая большая из известных в Солнечной системе; из-за его местоположения его существование не было подтверждено до миссий Лунного Орбитера в 1960-х годах. Данные гравитации, собранные космическим аппаратом, в сочетании с топографией подтвердили существование толстой жесткой коры, предоставив еще одно свидетельство того, что источник тепла Луны истек. Обе миссии космических кораблей намекали на давнюю возможность, что воды лед существует в постоянно затененных полярных кратерах. Наиболее убедительные доказательства получены с помощью нейтронного спектрометра Lunar Prospector.
В 2009 году индийский космический корабль Chandrayaan-1 использовал свой спектрометр, чтобы найти молекулы воды на Луне. Молекулы воды смешиваются с лунной почвой в небольших количествах; одна тонна поверхностного материала содержит около 1 кг (2 фунта) воды. Самые сильные сигналы воды исходили от лунных полюсов. Однако вода также была обнаружена на большей части лунной поверхности. Наблюдения на американском космическом корабле EPOXI, казалось, показали, что вода образовалась из ионов водорода в солнечном ветре, взаимодействующих с атомами кислорода в лунной почве. В том же 2009 году американский космический корабль LCROSS врезался в ракетную сцену Кентавр в затененный пол Кабеуса, кратер возле южного полюса Луны. Анализ шлейфа материала, выброшенного в результате удара Кентавра, показал, что лунная почва на дне Кабеуса содержала 5,6% водяного льда.
Лунные ресурсы
Ученые и специалисты по космическому планированию уже давно признали, что расширение местного проживания людей на Луне будет в значительной степени облегчено использованием местных ресурсов. Это позволило бы избежать высокой стоимости подъема полезных грузов против сильной гравитации Земли. Конечно, лунная почва может быть использована для защиты среды обитания от радиационной обстановки . Совершенно возможно более продвинутое использование лунных ресурсов, но насколько они выгодны, в настоящее время неизвестно. Например, большинство лунных пород составляют около 40 процентов кислород , а химические и электрохимические методы его извлечения были продемонстрированы в лабораториях. Тем не менее, необходимы значительные технические достижения, прежде чем можно будет оценить стоимость и сложность эксплуатации промышленного объекта по добыче и производству кислорода на Луне и оценить его преимущества по сравнению с транспортировкой кислорода с Земли. В долгосрочной перспективе, однако, некоторая форма добывающей промышленности на Луне, вероятно, частично объясняется тем, что непрерывный запуск больших ракет с Земли будет слишком дорогостоящим и слишком загрязнит атмосферу.
Солнечный ветер внедрил водород, гелий и другие элементы на поверхности мелких зерен лунного грунта. Хотя их количество невелико — они составляют около 100 частей на миллион в почве — они могут когда-нибудь послужить ресурсом. Они легко высвобождаются при умеренном нагревании, но большие объемы почвы должны быть обработаны для получения полезных количеств желаемых материалов. Гелий-3, изотоп гелия, который редко встречается на Земле и который был осажден на Луне солнечным ветром, был предложен в качестве топлива для ядерных термоядерных реакторов в будущем.
Одним из природных ресурсов, уникально доступных на Луне, является его полярный окружающая среда Поскольку ось Луны почти перпендикулярна плоскости эклиптики , солнечный свет на горизонтальных полюсах всегда горизонтален, а определенные области, такие как днища кратера, существуют в вечной тени. В этих условиях температура поверхности может достигать 40 К (-388 ° F, -233 ° C). Молекулы воды находятся в наиболее сильных концентрациях на полюсах Луны. Эти холодные ловушки собирали летучие вещества, в том числе водяной лед, в течение геологического времени.
Космический корабль «Лунный проспект», который вращался вокруг Луны в течение полутора лет, имел нейтронный спектрометр для исследования состава реголита на расстоянии около метра (трех футов) от поверхности. Нейтроны, возникающие под землей вследствие радиоактивности и бомбардировки космическими лучами, взаимодействуют с ядрами элементов в реголите на пути в космос, где их можно обнаружить с орбиты. Нейтрон теряет больше энергии при взаимодействии с легким ядром, чем с тяжелым, поэтому наблюдаемый спектр нейтронов может показать, присутствуют ли легкие элементы в реголите. Лунный проспект дал четкие указания на концентрацию легких элементов на обоих полюсах, что интерпретируется как доказательство избытка атомов водорода. Существование водяного льда на южном полюсе Луны было подтверждено космическим кораблем LCROSS.
Лунный лед может служить источником ракетного топлива при разделении на водород и кислород. Однако в долгосрочной перспективе лед лучше рассматривать как ограниченный, пригодный для повторного использования ресурс для жизнеобеспечения (в форме питьевой воды и, возможно, дышащего кислорода).
Помимо существования воды, лунные полярные области все еще представляют важный ресурс.Только там можно найти не только непрерывную темноту, но и постоянный солнечный свет.Солнечный коллектор, отслеживающий Солнце с высокого пика возле лунного полюса, может обеспечить практически бесперебойную тепло и электроэнергию . Кроме того, радиаторы, необходимые для удаления отработанного тепла, могут быть расположены в областях постоянной темноты, где тепло может рассеиваться в пространстве.
Поляки Луны также могут служить хорошими местами для некоторых астрономических наблюдений. Чтобы наблюдать объекты в космосе, которые излучают в инфракрасной и миллиметровой областях спектра, астрономам необходимо телескопы и детекторы, достаточно холодные, чтобы ограничить помехи, создаваемые собственным нагревом приборов ( см.инфракрасную астрономию ). На сегодняшний день такие телескопы, запущенные в космос, содержат криогенные теплоносители, которые в конечном итоге заканчиваются. Телескоп, постоянно находящийся в лунной полярной области холода и изолированный от местных источников тепла, может сам по себе охлаждаться до 40 К (-388 °F, -233 °C) или ниже. Хотя такой инструмент может наблюдать менее половины неба — в идеале, один должен быть расположен на каждом лунном полюсе — он обеспечит непрерывный просмотр любого объекта над его горизонтом.
