Откуда на Луне вода? Тайну раскрыл новый эксперимент американских ученых

На Луне есть вода. Этот факт, еще недавно казавшийся фантастическим, сегодня подтвержден данными орбитальных аппаратов. Но если на поверхности нашего спутника нет ни океанов, ни облаков, ни дождей, то откуда там берется влага?


Ответ на этот вопрос может крыться в постоянном потоке заряженных частиц, испускаемых Солнцем. И недавний эксперимент американских ученых, возможно, приблизил нас к разгадке этого поразительного космического феномена.

Под двойным обстрелом

Луна, лишенная плотной атмосферы и магнитного поля, находится под непрерывным обстрелом. Ее поверхность бомбардируют не только микрометеориты, но и мощный поток частиц, известный как солнечный ветер. Этот процесс получил название космического выветривания, и он кардинально меняет облик спутника на микроскопическом уровне. Если с Земли лунный диск кажется нам почти неизменным на протяжении тысячелетий, то на уровне атомов и молекул там кипит постоянная работа.

Неудивительно, что состав реголита (лунного грунта) медленно, но верно меняется. Под ударами частиц солнечного ветра и бесчисленных микрометеоритов в минералах происходят сложные химические реакции. В итоге образуются крошечные вкрапления металлического железа, которые ученые называют нанофазным железом. Эти частицы настолько малы, что их размеры измеряются нанометрами. Но именно они играют главную роль в том, как лунная поверхность отражает свет и поглощает излучение.



Долгое время планетологи знали об этом эффекте. Более того, по данным дистанционного зондирования, которые зависят от наличия этих железных частиц, они пытались определить возраст различных участков лунной поверхности. Однако оставался открытым главный вопрос: что именно является основным двигателем этих изменений? Какой из двух факторов — бесконечный дождь из микрометеоритов или постоянный поток частиц от Солнца — вносит решающий вклад в формирование того облика Луны, который мы наблюдаем сегодня? Без ответа на этот вопрос все оценки возраста и скорости выветривания оставались лишь приблизительными.

«Железный» спутник

Разобраться в этом помогли исследователи из Технологического института Джорджии (США). Группа ученых во главе с профессором Томом Орландо поставила перед собой амбициозную задачу: воссоздать в лаборатории один из главных источников лунного выветривания — солнечный ветер. Для этого они использовали сложное вакуумное оборудование, способное генерировать поток ионов, идентичный тому, что бомбардирует Луну в открытом космосе.



Объектом для эксперимента стал ильменит. Это распространенный минерал, который можно найти как в земных породах, так и в лунном реголите. Во время эксперимента этот образец подвергался воздействию синтетической версии солнечного ветра в течение времени, эквивалентного тысячелетиям реального космического облучения. После завершения воздействия ученые взялись за анализ с помощью электронной микроскопии высокого разрешения.

Результат превзошел ожидания. В структуре ильменита четко проявились те самые нанофазы железа, которые характерны для настоящих лунных образцов. Это стало прямым доказательством того, что солнечный ветер играет первостепенную, если не главную, роль в формировании микроскопического облика лунной поверхности. И теперь ученые увидели этот процесс с атомарной точностью.

Кругом вода

Однако самым интригующим открытием стало не столько само образование железа, сколько сопутствующие ему эффекты. Внимательно изучив структуру облученного минерала, команда обнаружила не только металлические вкрапления, но и крошечные пустоты — микроскопические полости, возникшие в кристаллической решетке. Именно эти пустоты могут стать ключом к разгадке происхождения лунной воды.



Солнечный ветер состоит в основном из протонов — ядер водорода. Попадая в лунный грунт, эти протоны остаются внутри минералов. Кислород же является одним из главных элементов, входящих в состав лунных пород. Теоретически для образования воды (H₂O) нужны лишь два атома водорода и один атом кислорода. Обнаруженные в эксперименте пустоты как раз и могут служить теми идеальными «реакторами», где встретившиеся водород и кислород вступают в реакцию.


— Филипп Ферст, один из руководителей исследования.

Надо сказать, что научная работа ученых из Технологического института Джорджии открывает путь к новому пониманию эволюции не только Луны, но и других безвоздушных тел Солнечной системы. Понимание того, как именно рождается вода на поверхности спутника, может стать решающим фактором для выбора места высадки астронавтов и организации будущих лунных баз. Возможно, ответ на вопрос, откуда берется вода, приведет нас к ответу на вопрос, как использовать ее для жизни и работы за пределами Земли.