Почти 270 миллиардов тонн воды хранятся на Луне в виде "стеклянных шариков"
К такому выводу пришла группа китайских ученых после анализа образцов лунного реголита, доставленных на Землю в ходе миссии "Чанъэ-5". Считается, что эта вода хранится в большом поверхностном резервуаре в виде стеклянных шариков, образовавшихся в результате удара. Это открытие позволяет предположить, что в этих бусинах может храниться значительное количество воды, полученной из солнечного ветра, что может иметь серьезные последствия для будущих исследований Луны.
За последние два десятилетия исследований Луны на ее поверхности было обнаружено значительное количество воды. Сначала водяной лед был обнаружен на полюсах; позже дальнейшие спектрометрические анализы показали, что вода присутствует по всей поверхности нашего спутника. "Сегодня нет никаких сомнений в том, что большая часть поверхности Луны содержит воду в той или иной форме. Однако происхождение этой лунной поверхностной воды, ее пространственное распределение и ее эволюция в процессе формирования реголита остаются практически неизвестными", — пишут исследователи в журнале .
Миссия "Чанъэ-5", запущенная в ноябре 2020 года китайским космическим агентством, была нацелена на сбор образцов лунного грунта. Спектральные наблюдения, проведенные на месте, дали новые доказательства присутствия воды. Капсула с драгоценными образцами — всего около 1,7 кг — была возвращена на Землю 16 декабря 2020 года. Как и образцы, привезенные миссией "Аполлон", материал состоял в основном из фрагментов горных пород и минералов, пирокластических стеклянных шариков, ударных частиц и ударных стеклянных шариков. Однако оказывается, что запасы воды в стеклянных шариках еще подробно не изучались.
Вода, образовавшаяся под воздействием солнечного ветра
Ученые-планетологи из Китайской академии наук объясняют, что несколько потенциальных источников и процессов могли способствовать присутствию воды на поверхности Луны: имплантация солнечного ветра, выделение летучих элементов во время лунного вулканизма или даже вклад ударами комет и астероидов. "Принято считать, что имплантация ионов водорода солнечным ветром может реагировать с поверхностными минералами с образованием гидроксила или воды в лунных грунтах", — уточняют они.
Поверхностная вода, произведенная и/или высвобожденная в экваториальных областях Луны, может затем мигрировать в полярные области из-за колебаний температуры, а также частично выбрасываться в космос. Однако такой лунный водный цикл требует наличия резервуара воды глубоко в грунте, позволяющего пополнять запасы воды на поверхности. Однако, несмотря на ряд исследований, местонахождение и природа этого резервуара остаются неустановленными.
Поэтому исследователи провели детальный анализ ударных стеклянных шариков, отправленных обратно "Чанъэ-5", чтобы определить и охарактеризовать этот "пропавший" резервуар воды. Эти крошечные стеклянные шарики образуются при ударе осколков космической породы о поверхность: энергия, выделяемая при ударе, испаряет минералы, которые затем остывают в виде маленьких стеклянных частиц диаметром в несколько десятков микрометров.
В общей сложности 117 стеклянных шариков были охарактеризованы с помощью электронно-зондового микроанализатора, полевой эмиссионной сканирующей электронной микроскопии и рамановской спектроскопии. Команда сообщает об изобилии 0-1909 мкг/г эквивалента H2O, с признаками истощения дейтерием. Эта корреляция позволяет предположить, что вода в бусинах происходит из солнечного ветра. "Ударные стеклянные шарики сохраняют признаки гидратации и демонстрируют профили обилия воды, согласующиеся с диффузией внутрь воды, полученной из солнечного ветра", — пишут эксперты.
"Эффективный" механизм заполнения водой
По мере того как вода теряется в космосе, она пополняется за счет запасов, содержащихся в этих стеклянных шариках, которые, таким образом, действуют как буфер для лунного круговорота воды.
Для начала стеклянные шарики образуются при ударе ударных элементов о Луну; большая часть воды в исходных материалах, вероятно, теряется под воздействием высоких температур. Затем ионы водорода из солнечного ветра постоянно внедряются в лунную почву и стеклянные шарики, где они соединяются с атомами кислорода, образуя воду. Формирование реголита переносит шарики глубже в почву, создавая резервуар воды в подповерхностном слое.
По оценкам исследователей, количество воды, содержащейся в этих шариках, может достигать 2,7 × 1014 кг — при условии, что общая глубина лунных грунтов составляет от 3 до 12 метров, а содержание шариков в грунте составляет от 3 до 5% объема. Моделирование процесса показывает, что они могут накапливать воду в течение нескольких лет (менее 15 лет). "Такое короткое время рассеяния предполагает эффективный механизм пополнения запасов воды, который мог бы поддерживать круговорот воды на поверхности Луны", — объясняют они.
Это открытие важно для будущих лунных миссий, которые планируют создать базовые поселения на нашем спутнике - в частности, в рамках миссии Артемида. Наличие воды, которую можно использовать in situ, может значительно облегчить эти миссии. "Вода, попавшая в стеклянные бусины, похоже, довольно легко извлекается", — отмечают авторы исследования.
Но и это еще не все: команда считает, что такой же процесс может происходить и на других безвоздушных небесных телах, где, скорее всего, образуются ударные стеклянные шарики. "Наши результаты показывают, что ударные стеклянные шарики на поверхности безвоздушных тел в Солнечной системе способны накапливать воду, полученную из солнечного ветра, и выпускать ее в космос", — заключают авторы.