Текущий наклон оси вращения Луны в сочетании с наклоном ее орбиты и низким углом Солнца создает постоянные тени на ее полюсах. PSR являются одними из самых холодных мест в Солнечной системе, что позволяет им улавливать летучие химические вещества, в том числе водяной лед, который мгновенно превращается из твердого тела в газ под резким, не сдерживаемым атмосферой, солнечным светом, который падает в большинстве других мест на Луне.

"Мы думаем, что система Земля-Луна образовалась в результате гигантского столкновения между ранней Землей и другой протопланетой, — говорит Ралука Руфу, второй автор исследования. — Луна сформировалась из диска обломков, появившегося в результате удара, который со временем отдалился от Земли. Около 4,1 миллиарда лет назад естественный спутник серьезно переориентировал свою ось вращения. Ее наклон достиг больших углов, прежде чем снизиться до конфигурации, которую мы видим сегодня. По мере того, как осевой наклон уменьшался, PSR появлялись на полюсах и, со временем, росли".

Команда ученых использовала AstroGeo22, новый инструмент моделирования эволюции Земли и Луны, для расчета осевого наклона естественного спутника нашей планеты с течением времени. Вместе с измерениями высоты поверхности по данным лунного орбитального лазерного высотомера (LOLA) команда оценила, как эти области будут меняться в дальнейшем.

"Временная эволюция расстояния Луна-Земля оставалась нерешенной проблемой на протяжении полувека, — рассказывает Руфу. — Однако эти новые модели позволяют нам рассчитать осевой наклон и размеры PSR с течением времени".

В 2009 году НАСА разбило двухтонный корпус ракеты "Атлас-Центавр", входящий в состав спутника наблюдения и зондирования лунного кратера (LCROSS), недалеко от южного полюса Луны. Он ударил по дну кратера Кабеус, создав шлейф породы, который изучили на предмет наличия воды и других химических веществ в лунном реголите. За столкновением следили несколько спутников, один из которых следовал за "Кентавром" с отставанием в четыре минуты. Другие, включая космический телескоп "Хаббл", оставались на околоземной орбите.

"Наша работа предполагает, что кратер Кабеус превратился в PSR менее миллиарда лет назад. Различные летучие вещества, обнаруженные в шлейфе, созданном LCROSS, указывают на то, что захват льда продолжался и в относительно недавнее время, — объясняет Норберт Шёргхофер, ведущий автор исследования из Института планетарных наук. — Удары и выделение газа являются потенциальными источниками воды, но их пик достигался в начале лунной истории, когда современных PSR еще не существовало. Возраст этих областей во многом определяет количество льда, который может быть пойман в ловушку в полярных регионах Луны. Информация о скоплении этого ресурса в PSR особенно важна при планировании предстоящих пилотируемых и беспилотных миссий на Луну, которые займутся поиском воды".

Этот ключевой ресурс может быть использован для создания воздушного и ракетного топлива, а также для поддержания человеческого жилья. НАСА и другие организации планируют отправить марсоходы и людей для определения характеристик водяного льда в PSR.

Исследование опубликовано в журнале Science Advances.