Китайская миссия Chang’e 5, которая первой с 1976 года отправила лунные образцы на Землю, обнаружила водосодержащие минералы. Молекулы гидроксила, содержащиеся в минералах, были подтверждены двумя способами: ранее путем изучения посадочного модуля на месте, а теперь путем анализа образцов, отправленных на Землю.
В декабре 2020 года китайский посадочный модуль «Чанъэ-5» коснулся лунной поверхности в Oceanus Procellarum — лунном море на западной окраине земной стороны Луны. Там с помощью бура и ведра он взял материал из горных пород и реголита и упаковал его в специальный корабль, оторвавшийся от поверхности Луны. Затем корабль с капсулой с образцами состыковался на лунной орбите с основным орбитальным аппаратом, который направил образцы к Земле .
Ученые получили 1,7 кг ценного лунного материала из одного из самых геологически молодых мест на поверхности Серебряного глобуса. Это была первая миссия по отбору проб с Луны с 1976 года и полет советского космического корабля «Луна-24».
14 июня 2022 года журнал Nature Communications опубликовал статью, демонстрирующую наличие воды в лунных образцах, возвращенных на Землю аппаратом «Чанъэ-5», и подтверждающую аналогичные измерения на месте с помощью инструментов дистанционного зондирования посадочного модуля .
Как указывает один из авторов исследования: « Впервые в истории мы использовали анализ лунных проб из земной лаборатории и данные прямых исследований поверхности для обнаружения наличия воды и оценки ее количества ».
Когда мы говорим о воде на Луне, мы имеем в виду не резервуары с жидкой водой на поверхности, а гораздо более тонкую вещь — некое среднее количество ОН-гидроксильных групп в изучаемых породах. Группа ОН, состоящая из объединенных атомов кислорода и водорода, является основной частью воды. Оказывается, в пробах с места посадки содержится около 30 частей на миллион (ppm) ОН, что совсем немного. Важно отметить, что исследование соответствует наблюдениям с орбиты и анализам, сделанным с помощью наземных телескопов.
На рисунке A модель посадочного модуля с областью спектрометра LMS, отмеченной красным цветом, которая, среди прочего, он искал воду в лунных скалах. S1, S2 и S5 — это места, где материал был взят и отправлен на Землю. Выше на рисунке B перечислены рабочие места спектрометра. На рисунке C спектры поглощения из исследованных участков с отмеченной пунктирной линией поглощения, обозначающей наличие гидроксильных групп. Источник: Liu, J. et al.
Лабораторный анализ не только дал количественную оценку, но и позволил ученым определить происхождение воды. Выясняется, что наличием гидроксильных групп образцы из исследуемого участка обязаны апатиту — распространенному минералу, также встречающемуся во многих типах горных пород на Земле. Это указывает на то, что, по крайней мере, в этом молодом лунном море, где приземлилась миссия «Чанъэ 5», вода исходит от самой Луны. Меньше воды, чем ожидалось, приносят частицы солнечного ветра.
Вызывают некоторое удивление несколько иные пропорции происхождения воды в изучаемом регионе. Когда-то считалось, что Луна очень сухая. Однако нейтронные спектрометры показали большое присутствие водорода на поверхности, а позже многие последующие космические миссии указывали на присутствие воды в лунных минералах. Однако происхождение этой воды до сих пор выясняется учеными. Предполагалось коренное происхождение, имплантация солнечным ветром или метеоритным ударом или даже так называемая «Земной ветер». Скорее, большинство удаленных поверхностных съемок указали на доминирующую роль солнечного ветра, тем более что местное происхождение, показанное в исследовании Chang'e 5, несколько неожиданно. Однако следует подчеркнуть, что ученые уже указывали, что вода из таких минералов, как апатит, присутствует в небольшом количестве, распределены неравномерно. Так что обнаружить его с орбиты непросто. Таким образом, данные из Чанъэ 5 могут иметь локальную специфику.
Вода еще долго будет предметом геологических исследований Луны. Его происхождение и изменения во времени свидетельствуют о том, как формировалась и развивалась Солнечная система, включая нашу планету. Будущие миссии, такие как Chang’e 7, например, будут искать воду в затененных кратерах Южного полюса, где, как предполагают ученые, может быть даже водяной лед. Наличие льда может позволить использовать его в пилотируемых космических полетах в будущем.