Одну из самых интересных научных загадок программы "Аполлон" помогли решить обнаруженные в древнейших породах на Луне "залежи" воды. Подробно об исследовании говорится в статье, опубликованной в журнале Nature Geoscience.
"Распределение этих залежей воды по поверхности стало ключом к решению загадки "Аполлонов". Мы обнаружили, что вода распределена по всей поверхности Луны. Это указало на то, что "водные" образцы грунта с "Аполлонов" не являются уникальными артефактами. Похоже, что все магматические породы Луны богаты водой, и то же самое может быть характерно и для ее мантии", — рассказывает Ральф Милликен (Ralph Milliken) из Брауновского университета (США).
Тейя или Земля
Общепринятой на сегодня является теория о том, что Луна образовалась в результате столкновения Тейи, протопланетного тела, с "зародышем" Земли. Столкновение привело к выбросу в космос материи, из которой в итоге и сформировалась Луна. Теория столкновения Тейи и прото-Земли хорошо объясняет массу Луны, малое содержание железа на ней и многие другие параметры. Правда, не объясняет, например, отсутствие некоторых лёгких элементов.
При этом, считается, что если такое столкновение имеет место быть, то Луна должна состоять не только из материала Земли, но и в значительной степени Тейи. Ведь Тейя по своему составу должна была отличаться от Земли, как отличаются от неё небесные тела внутренней области Солнечной системы, включающей планеты земной группы и астероиды. Но на самом деле состав Земли и Луны очень схож, вплоть до одинаковых долей изотопов многих металлов и других элементов, что, казалось бы, исключает столкновение нашей планеты с иным телом.
Есть ещё ряд серьезных недостатков данной теории. К примеру, все запасы воды должны были полностью испариться из материи будущей Луны в тот момент, когда она была выброшена в космос после столкновения Тейи и Земли. Но вода на ней есть, да ещё и больше, чем предполагалось.
Вода на Луну занесена кометами и астероидами
Изначально, учёные предположили, что экспедиции "Аполлон-15" и "Аполлон-17", во время которых на Землю были доставлены образцы пород с увеличенным, по сравнению с теоретическим, количеством воды, просто натолкнулись на "водную аномалию" на Луне.
Милликен и его коллега Шуай Ли (Shuai Li) проверили это предположение, изучив данные индийского зонда "Чандраян-1" во время работы на орбите Луны в 2008-2009 годах.
Зонд нёс на себе инфракрасный спектрометр М3, способный одновременно измерять температуру поверхности Луны и анализировать минеральный состав. Помимо этого, прибор использовался для оценки доли воды в лунных породах, наблюдая за поглощением инфракрасного излучения и его отражением от поверхности Луны на разных длинах волн.
Используя эти данные, а также сведения о том, как сильно породы прогреваются в течение дня, учёные вычислили доли воды в разных районах Луны, в том числе и в зонах посадки "Аполлона-15" и "Аполлона-17". Эти результаты показали, что на поверхности Луны, как у экватора, так и у полюсов, есть довольно большие зоны, где концентрация воды составляет порядка 400 частей на миллион — это примерно в 40 раз больше, чем предсказывает теория "безводной" Луны. Из этого утверждения, в свою очередь, следует, что мантия Луны должна содержать ещё больше воды.
Исследователи считают, что Луна могла изначально действительно лишиться всей воды, но впоследствии на неё упало много комет и астероидов с большими запасами льда, которые успели перемешаться с лунными породами ещё до того, как те остыли.
"На Луне есть и запасы настоящего льда в кратерах на полюсах, однако залежи "водных" пород находятся там, куда будет легче попасть человеку. При колонизации Луны нам понадобятся любые доступные ресурсы, и избавление от необходимости завозить воду с Земли будет большим подспорьем для колонизаторов", — заключает Ли.
Вторая загадка, как ни странно, происходит из тех же результатов с прочтением наоборот
Луна сегодня почти лишена воды и целого ряда лёгких элементов благодаря тому, что её "зародыш" находился слишком далеко от Земли после столкновения Тейи с нашей планетой, говорится в статье, опубликованной в том же Nature Geoscience, но двумя годами ранее, в 2015.
"Отсутствие воды и прочих летучих веществ на Луне давно является тайной для нас, загадкой, которую нужно решить для того, чтобы понимать, как возникла наша планета и ее спутница. Наши новые расчеты показывают, что на последних фазах роста Луны эти вещества в основном оседали на Земле, а не на ее спутнице", — заявил Робин Кэнап (Robin Canup) из Юго-Западного исследовательского института в Боулдере (США).
Как объясняет Кэнап, планетологи достаточно давно спорят о том, почему в современных лунных горных породах почти нет воды, натрия, калия и ряда других легко испаряемых элементов, в большом количестве присутствующих на Земле, если они изначально были одним телом. В среднем, их в 5-100 раз меньше в лунной коре и мантии, чем в их аналогах на Земле, что крайне сложно объяснить с точки зрения теории формирования планет.
Многие планетологи сегодня считают, что это расхождение можно объяснить тем, что большая часть летучих веществ просто испарилась во время "горячей стадии" формирования Земли и Луны. Кэнап и его коллеги усомнились в этом.
Гипотеза "планеты-юлы"
Авторы статьи попытались найти истинный ответ на данную загадку, используя разработанную ими модель "лунного диска", набора из останков Тейи и материи Земли, из которых сформировалась Луна.
Расчеты Кэнапа и его команды показали, что странности в содержании летучих веществ в лунных породах объясняются двумя вещами – тем, что Луна двигалась во время своего формирования, и тем, что породы "лунного диска" оставались в расплавленном виде на протяжении нескольких столетий.
Изначально, как объясняют планетологи, Луна начала формироваться в относительно "густой" и горячей центральной части диска, где летучие вещества присутствовали только в виде пара, не способного осесть на поверхности формирующейся спутницы Земли.
Через несколько столетий Луна, набравшая к тому моменту около 60% своей массы, начала мигрировать в сторону своей современной орбиты, расположенной гораздо дальше от Земли, чем точка ее рождения.
Благодаря этому почти все летучие вещества, в том числе вода и щелочные металлы, начали остывать и конденсироваться в мини-астероиды уже после того, как Луна покинула место своего "рождения". Подобные частицы материи, богатые летучими веществами, находились вне гравитационной сферы влияния будущей Луны, в результате чего они осели на поверхности Земли, а не ее спутницы. Это, как считает Кэнап, и объясняет то, почему на Луне почти нет воды и целого ряда других веществ.
Такой двухэтапный сценарий формирования Луны, отмечает планетолог Стив Деш (Steve Desch) из университета Аризоны в Темпе (США) в комментарии журналу Nature, обладает одним недостатком – он не объясняет того, почему доли некоторых изотопов, к примеру, титана, являются фактически идентичными для Земли и Луне, а другие, наоборот, отличаются.
Тем не менее, Деш считает, что подобная модель "лунного диска" в принципе способна объяснить многие несостыковки, что приближает нас к раскрытию тайны рождения Земли и Луны.