Откуда взялась вода, которая, как мы полагаем, находится на Луне? Большинство ученых считают, что они знают ответ - из-за солнечного ветра. Они полагали, что атомы водорода, из которых состоит солнечный ветер, бомбардируют лунную поверхность, состоящую в основном из кремнезема. Когда этот водород попадает на атомы кислорода в кремнеземе, кислород иногда высвобождается и связывается с поступающим водородом, что в некоторых случаях приводит к образованию воды. Но никто никогда не пытался повторить этот процесс, чтобы доказать его осуществимость. В новой статье Ли Ся Йео и их коллег из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА описаны первые экспериментальные доказательства этой реакции.
Чтобы провести этот эксперимент на Земле, авторам нужны были две вещи: что-то эквивалентное солнечному ветру и что-то сравнимое с лунным реголитом. Солнечный ветер состоит из протонов — в основном атомов водорода, лишенных электронов. Имитировать это на Земле оказалось непросто, поскольку для имитации солнечного ветра пришлось создать специальный миниатюрный ускоритель частиц.
Хотя это могло показаться технически более простым, их следующая задача, безусловно, была более сложной с административной точки зрения — получение образца настоящего лунного реголита в ходе миссий "Аполлон". Пыль, собранная во время последнего лунного полета "Аполлона-17", уже была упакована в герметичный контейнер для хранения с 1970-х годов, но авторы пошли дальше и снова высушили образец, просто чтобы убедиться, что в нем нет воды.
Как только образцы были получены и ускоритель настроен, последним фрагментом экспериментальной головоломки стал спектрометр, который мог показать наличие воды. Когда все было готово, они обработали образец достаточным количеством имитируемого "солнечного ветра", что эквивалентно примерно 80 000 годам пребывания на поверхности Луны. В течение этого времени они наблюдали за инфракрасными провалами около 3 мкм, что в точности соответствовало тому, что они видели, и представляло собой характерный знак воды.
Однако это также является характерным признаком гидроксила (OH), который имеет тот же спектральный профиль, что и вода, и также является одним из потенциальных побочных продуктов воздействия солнечного ветра на лунный реголит. Как говорится в пресс-релизе, в котором сообщается об открытии, "они не могут с уверенностью сказать, образовались ли в результате их эксперимента молекулы воды". Однако обнаружение даже молекул гидроксила является шагом в правильном направлении.
Еще один факт, подтверждающий непрерывное пополнение запасов воды за счет солнечного ветра, а не более спорадическое пополнение за счет таких источников, как микрометеориты, - спектрографический сигнал воды, по-видимому, меняется со временем. Оно особенно сильное утром, уменьшается в течение лунного "дня", а затем снова увеличивается в течение лунной "ночи". Наиболее очевидным объяснением этого цикла является то, что часть воды выгорает в течение дня под воздействием Солнца. В течение двухнедельной лунной ночи количество воды снова начинает накапливаться, как и следовало ожидать, если она создается внешней силой, такой как солнечный ветер, и не удаляется сразу.