На Луне нет свободного кислорода, а значит, и окисленного железа там быть не должно. Меж тем оно в лунном грунте есть, и это недавно подтвердилось после анализа образцов, доставленных китайской миссией «Чанъэ-6». Планетологи заподозрили, что лунные «ржавые» минералы — последствия астероидных ударов.
Уже после анализа первых в истории доставленных на Землю образцов лунного грунта в них заметили нечто совершенно неожиданное — признаки наличия магнетита (Fe3O4). Ученые тогда отказались верить в то, что окисленное железо действительно может образоваться в бескислородной и вообще безатмосферной лунной среде.
На самом деле кислорода на Луне очень много, но он находится там в связанном виде — в составе минералов. Для образования же магнетита или любого другого оксида железа требуется свободный кислород. Так что исследователи сочли, что «ржавчина» в лунном грунте — результат его взаимодействия с земной атмосферой.
Впоследствии в образцах, находили, например, гетит (FeO (ОН), то есть даже не оксид, а гидроксид железа. Наконец, в 2020 году данные зонда «Чандраян-1» показали, что в высоких лунных широтах очень много гематита (Fe2O3). Для его образования требуется еще более сильное окисление, чем для возникновения магнетита. Ученые предположили, что кислород на Луну приносит «земным ветром» из верхних слоев атмосферы нашей планеты.
Недавно команде ученых из Китая удалось дополнить эту историю и новыми фактами, и еще одной гипотезой. В статье для Science Advances они изложили данные анализа образцов, доставленных в 2024 году аппаратом «Чанъэ-6» из бассейна Южный полюс — Эйткен на обратной стороне Луны. Регион отчетливо виден как обширное темное пятно в южном полушарии. Эту гигантскую «вмятину» считают крупнейшим и древнейшим лунным кратером. Очевидно, он образовался после падения очень крупного небесного тела.
Исследователи анализировали грунт самыми современными «бесконтактными» методами, которые сводят риск воздействия земной среды практически к нулю. Частицы облучали лазером в вакуумной камере, а потом сделали в нужном месте тончайший срез с помощью «ионного скальпеля» — концентрированного потока заряженных частиц. Таким образом ученые добились уверенности в том, что рассматривают именно внутреннее и притом только что вскрытое содержание образца, а не его поверхность.
Наконец, полученный срез «просканировали» электронным микроскопом. В результате в нем обнаружили гематит и очень похожий на него по составу маггемит. Примечательно, что их кристаллы там прослеживаются как «наросты» на зернах других минералов. Ученые уверены, что такие конструкции за короткое время в лаборатории сформироваться не могут. Поэтому их вердикт гласит, что наблюдаемые оксиды железа действительно лунные. Это неизбежно приводит к вопросу, как они могли появиться на Луне.
Ученые склоняются к тому, что химические условия на земном спутнике могли местами меняться в результате падений тяжелых астероидов. От удара крупного небесного тела кислород мог высвобождаться из богатых им минералов и образовывать временное облако, а в нем вступать в реакции с железом. В пользу этой версии говорит то, что обнаруженные кристаллы гематита были покрыты стекловидной кремнеземной пленкой, а такое вещество образуется при испарении пород в момент астероидного удара.
Со временем получившиеся оксиды должны были распадаться под действием солнечной радиации, но в бассейне Южный полюс — Эйткен она слабее за счет расположения на высоких широтах, тем более что кристаллы надежно «законсервированы» внутри лунных пород. Вдобавок в регионе наблюдают магнитные аномалии, а магнитное поле защищает от летящих из космоса заряженных частиц. Теперь планетологи подозревают, что это связано с присутствием маггемита — он обладает магнитными свойствами.