Стало известно, откуда взялась вода на Луне
Ученые обнаружили в образцах грунта, доставленных с Луны на Землю, водород — признак так называемой лунной воды. Благодаря расположению его частиц в структуре основного минерала, стало возможным понять, откуда молекулы лунной воды появляются на лишенном атмосферы спутнике. Результаты исследования, проведенного Лабораторией военно-морских исследований США, опубликованы в журнале Communications Earth & Environment.
Зачем землянам лунная вода?
Знать о том, есть ли вода на Луне и в каком виде, необходимо для планирования долгосрочных миссий на этот спутник — ведь ее нужно или везти с собой, или добывать на месте. О том, что она есть, ученые догадывались и ранее: этот вопрос поднимался после миссий «Аполлон», когда на спутник в 1969-1972 годах летали астронавты, а также по результатам орбитальных наблюдений.
Но, как специалисты предложили позднее, эта вода сохраняется не в привычном нам виде, когда ее структура — два атома водорода и один кислорода, H2O. Предполагалось, что составные части молекул воды можно встретить в виде льда или «растворившимися» в различных минералах.
Когда на Землю в 2020 году доставили образцы, собранные китайским аппаратом ЧанъЭ-5, водород был обнаружен на поверхности частиц лунного грунта, однако ученые не могли исключить, что он не «прицепился» уже на Земле — теоретическая возможность этого имелась. Кроме того, оставался вопрос, откуда вообще берется лунная вода: сформировалась когда-то и как-то на Луне и сохранилась в виде микрочастиц, занесена метеоритным дождем или солнечным ветром?
Сейчас ученые смогли точно доказать, что водород в лунном грунте имеется. Для обследования были взяты образцы, привезенные миссией «Аполлон» с Луны, но изученные с помощью новых методов и современного оборудования. Исследователи выделили водород из глубинных структур материала. При этом водород или содержащие его вещества были в исследованных образцах апатита и мерриллита в виде «изюминок» — пузырьков-везикул размером несколько нанометров, то есть, в 1 млн раз мельче макового зернышка.
И как вода попала на Луну?
Ученые считают, что частицы водорода появляются в структуре некоторых минералов, составляющих лунный грунт, из-за солнечного ветра — идущего от нашей звезды потока ионов — и ударов метеоритов.
«Первоначальные результаты анализа образцов «Аполлона» продемонстрировали высвобождение молекулярного H2 с некоторой глубины образца, аналогично профилю гелия, полученного солнечным ветром. <…> Водородсодержащие везикулы в зернах апатита видны только внутри выветренного края, что демонстрирует четкую связь между излучением солнечного ветра и их образованием. Наши данные вместе с этими экспериментами демонстрируют важность множества факторов, включая высокую температуру, в улавливании и удержании водорода солнечного ветра», — пишут авторы исследования, отмечая, что максимальная дневная температура на Луне достигает +140 °C.
При этом самые крупные везикулы с наибольшим количеством водорода находятся у поверхности образцов, под расплавленным и быстро застывшим слоем минерала, что указывает на воздействие очень высоких температур. Особенности этого внешнего слоя позволяют говорить о том, что расплавился материал при контакте.
И действительно, проведенные в лабораторных условиях эксперименты показали, что если минерал сначала облучить ионами, как это делал бы солнечный ветер, а затем нагреть импульсным лазером, сымитировав бомбардировку микрометеоритами, то на его поверхности образуются подходящие везикулы.
«Особенности космического выветривания частиц лунного грунта на наноуровне обеспечивают подробный контекст, помогающий понять характеристики лунной поверхности, а также потенциального использования ресурсов. Мы исследовали выветренные под воздействием космоса зерна апатита и мерриллита, которые содержат большую часть фосфора и редкоземельных элементов на Луне. Апатит является наиболее распространенным гидратированным минералом на Луне и распространен на других планетах, таких как Меркурий, а также на нескольких типах астероидов и метеоритов», — добавляют авторы исследования.
