10 вересня 2011 року NASA запустило до Місяця місію GRAIL — пару апаратів, які мали скласти найдетальнішу карту його гравітаційного поля. Про цю подію нагадує видання Space Astronomy.
Назва GRAIL розшифровується як Gravity Recovery and Interior Laboratory — «Лабораторія з відновлення гравітації та вивчення надр». За змінами гравітації вчені могли судити про внутрішню будову Місяця, не заглядаючи під його поверхню безпосередньо.
Чому гравітація Місяця «грудкувата»
Місяць зовні здається однорідною кам’яною кулею, але його щільність сильно змінюється від місця до місця. Під корою приховані так звані масконни — «масові концентрації», тобто щільніші ділянки порід. Вони виникли внаслідок гігантських ударів астероїдів мільярди років тому.
Такі підповерхневі «кишені» щільної речовини створюють додаткове тяжіння. Для космічних апаратів, що обертаються навколо Місяця, це означає невеликі, але помітні відхилення в орбіті. Вимірюючи ці відхилення, можна відновити картину того, що приховано під поверхнею.
Два «близнюки» Ebb і Flow
Місія складалася з двох однакових апаратів, названих Ebb («відплив») і Flow («приплив»). Обидва стартували на одній ракеті Delta II з мису Канаверал у Флориді та майже через чотири місяці вийшли на орбіту Місяця.
Зонди літали в тандемі, обертаючись навколо Місяця на дуже низькій орбіті — до 50 км над поверхнею. Відстань між ними змінювалася приблизно від 175 до 225 км. Коли один апарат пролітав над масконном і відчував сильніше тяжіння, його орбіта трохи змінювалася, і відстань до другого апарата теж змінювалася. Саме ці зміни й були ключовим вимірюваним параметром.
Кожен із «близнюків» ніс три основні наукові інструменти: систему вимірювання гравітації Lunar Gravity Ranging System, радіомаяк Radio Science Beacon і камеру MoonKam (Moon Knowledge Acquired by Middle School Students).
Що показали вимірювання GRAIL
Разом інструменти створили надзвичайно детальну карту масконнів на Місяці, показуючи, де гравітація відхиляється від «нормальної». Ці дані дали змогу перевірити давню гіпотезу астрономів про походження масконнів.
За словами одного з учасників місії, Джея Мелоша (Jay Melosh) з Університету Пердью, аналіз результатів підтвердив, що масконни сформувалися, коли великі астероїди або комети врізалися в давній Місяць, коли його надра були значно гарячішими, ніж зараз. Тобто GRAIL надав прямі свідчення того, як сильні удари перерозподіляли речовину в глибині супутника.
Освітній експеримент і завершення місії
Камера MoonKam була окремим освітнім проєктом. Її створили студенти Каліфорнійського університету в Сан-Дієго у співпраці з фондом Sally Ride Science, щоб залучити школярів до вивчення науки й космосу. Назви Ebb і Flow також запропонували учні четвертого класу школи Emily Dickinson у місті Бозман, штат Монтана, в межах загальнонаціонального конкурсу.
Вартість місії становила близько 496 мільйонів доларів. Протягом приблизно дев’яти місяців зонди детально картували гравітаційне поле Місяця. Коли запаси пального зменшилися настільки, що підтримувати низьку орбіту стало неможливо, NASA ухвалило рішення контрольовано завершити місію.
17 грудня 2012 року обидва апарати навмисно спрямували на зіткнення з краєм кратера поблизу північного полюса Місяця. Це зробили, щоб уникнути неконтрольованого падіння на історично важливі ділянки, наприклад місця посадок місій «Аполлон».
Хоча GRAIL працював відносно недовго, його дані суттєво поглибили розуміння внутрішньої будови Місяця та підтвердили роль давніх катастрофічних зіткнень у формуванні його «грудкуватої» гравітації.