Подповерхностный лед в двукратно затенённых кратерах, выявленный двухчастотным синтезированным апертурным радаром Chandrayaan‑2

Почему скрытый лунный лед важен

Вода на Луне — это не просто научная диковинка; она может стать потенциальной линией жизнеобеспечения для будущих космонавтов. Лед, захороненный в лунной почве, можно превратить в питьевую воду, в дыхательный кислород и даже в ракетное топливо. В этом исследовании изучаются одни из самых холодных и тёмных участков южного полюса Луны — крошечные «двукратно затенённые» кратеры — чтобы выяснить, скрывают ли они долговременные запасы льда прямо под поверхностью.

Самые холодные уголки Луны

Ось вращения Луны почти не наклонена, поэтому в полярных районах Солнце скользит по горизонту, а не поднимается высоко в небе. Глубокие днища кратеров рядом с полюсами вообще не видят Солнца, превращаясь в постоянно затенённые области, холоднее жидкого азота. Внутри некоторых таких тёмных кратеров находятся ещё меньшие воронки, чьи поднятые валы отбрасывают тень не только прямому солнечному свету, но и рассеянному свечению и теплу от соседней яркой поверхности. Эти особые «двукратно затенённые» карманы могут достигать температур порядка 25 кельвин — достаточно холодно, чтобы водяной лёд сохранялся миллиарды лет, если когда‑то туда попадал.

Использование радара для изучения того, что скрыто во тьме

Поскольку в этих кратерах кромешная тьма, обычные камеры с трудом показывают, что происходит на их днах. Вместо этого аппарат Chandrayaan‑2 использует двухчастотный радар, который посылает радиоволны и записывает эхо. Измеряя, как меняется поляризация — ориентация волн — при их отражении, учёные могут судить о том, исходит ли сигнал от шершавой каменистой поверхности или от материала, рассеивающего волны в объёме, как делает это лёд. Используются две ключевые величины: отношение круговой поляризации (насколько возвращённый сигнал соответствует исходному закручиванию волн) и степень поляризации (насколько упорядоченным остаётся возвращённый сигнал). Лёд, смешанный с реголитом, как правило, даёт высокое отношение при очень сниженной, разлаженной степени поляризации, потому что волны многократно отражаются внутри ледяного слоя.

Поиски льда в девяти затенённых кратерах

Команда изучила девять двукратно затенённых кратеров внутри трёх больших южнополярных впадин Фаустини, Хауорт и Шумейкер. Они объединили радарные данные с подробными картами высот и резкими изображениями от инструмента ShadowCam, который может различать слабо освещённый рельеф внутри теней. Во многих кратерах по краям и стенкам видны валуны, тогда как их тёмные днища относительно гладкие, что уменьшает распространённый источник путающих радарных сигналов. Кратеры варьируются по размеру от менее километра до почти трёх километров в ширину, с разной крутизной стен и формами бровей, включая особенно заметный «лобатный» вал в небольшом кратере F2 внутри Фаустини.

Новый радарный отпечаток для пойманного льда

Четыре из девяти кратеров — F2, F3, H3 и S1 — выделяются одновременно повышенным отношением круговой поляризации выше единицы и крайне низкой степенью поляризации в диапазоне 0,1–0,13. Ранее полагали, что ледосодержащий материал должен показывать степень поляризации ниже примерно 0,35; это исследование обнаруживает, что в этих ультра‑холодных воронках значения ещё ниже, уточняя радарный отпечаток для подпочвенного льда как «отношение больше единицы и степень поляризации ниже 0,13». Окружающие стенки кратеров, выброшенные материалы и более старый соседний кратер Тули демонстрируют либо низкие отношения, либо более высокую поляризацию, либо оба признака — что согласуется с грубой породой, а не с льдом. Результаты указывают на то, что там, где появляется уточнённый радарный признак, эхосигнал доминирует за счёт объемного рассеяния в верхних нескольких метрах реголита, смешанного с льдом.

Подсказки от необычного вала кратера

Кратер F2 представляет собой особенно убедительный случай. Он даёт самое сильное и широкое радарное проявление из всех девяти кратеров и имеет характерный приподнятый лобатный вал, охватывающий его край. Измерения высот показывают, что F2 образовался на сотни метров ниже окружающего дна Фаустини, глубоко внутри постоянно затенённой зоны. Авторы предполагают, что удар, породивший F2, вероятно, прошёл через слой, содержащий лёд, выплёскивая ледянистую, полужидкую смесь, которая затем замёрзла в ту причудливую форму вала, которую мы наблюдаем сегодня. Другие кратеры с более слабыми радарными признаками льда не имеют таких драматичных бровей — возможно, потому, что их удары не достигли ледяного слоя или потому, что лёд был доставлен позже и просто медленно накопился в холодном грунте.

Что это означает для будущих лунных исследователей

В целом исследование приходит к выводу, что подпочвенный лёд на южном полюсе Луны распределён пятнистно, а не равномерно, даже внутри этих ультра‑холодных ловушек. Лишь четыре из девяти двукратно затенённых кратеров показывают сильные или частичные признаки скрытого вблизи поверхности льда, и F2 выглядит наисодержательнейшей мишенью. Вместе с тем работа даёт более чёткий радарный тест для выявления подлинных ледяных залежей и отделения их от просто грубого рельефа. Для будущих миссий, стремящихся использовать лунные замёрзшие ресурсы, эти двукратно затенённые кратеры — и в особенности F2 в Фаустини — выглядят перспективными местами для бурения, отбора проб и, возможно, однажды — добычи воды для поддержки постоянного человеческого присутствия за пределами Земли.

Цитирование: Sinha, R.K., Bharti, R.R., Acharyya, K. et al. Subsurface ice in doubly shadowed craters as revealed by Chandrayaan-2 dual frequency synthetic aperture radar. npj Space Explor. 2, 22 (2026). https://doi.org/10.1038/s44453-026-00038-9

Ключевые слова: лунный лед, южный полюс Луны, постоянно затенённые кратеры, радарная съёмка, космические ресурсы