Когда речь заходит о передовых материалах будущего, воображение обычно рисует стерильные лаборатории, сложнейшие установки и учёных в защитных костюмах, однако свежая находка из лунного грунта заставляет признать, что иногда роль высокотехнологичного цеха берёт на себя сама Вселенная, причём делает это в условиях, которые на Земле сочли бы абсолютно неподходящими для тонкой нанохимии.
Образцы реголита, доставленные миссией Chang’e-6 с обратной стороны Луны, преподнесли исследователям из Цзилиньского университета сюрприз, который трудно было ожидать даже самым смелым теоретикам, поскольку под электронным микроскопом в пыли древнего спутника обнаружились одностенные углеродные нанотрубки — структуры толщиной в один атом, которые на Земле обычно получают в вакуумных реакторах при строго контролируемых температурах и с использованием металлических катализаторов.
До недавнего времени считалось, что столь идеальные цилиндрические решётки из атомов углерода являются исключительно продуктом высокоточной инженерии, потому что для их роста необходимо сочетание редких условий, при которых атомы не просто соединяются хаотично, а выстраиваются в безупречные шестиугольные узоры, сворачиваясь в трубку с предсказуемыми электрическими и механическими свойствами.
Именно поэтому находка в лунном грунте выглядит как научная провокация, заставляющая пересматривать представления о том, где проходит граница между «искусственным» и «естественным», ведь выясняется, что безжизненная, обдуваемая радиацией поверхность Луны способна выступать в роли гигантской природной нанолаборатории, работающей миллиарды лет без участия человека.
Анализ показал, что нанотрубки сосредоточены рядом с микроскопическими кратерами, оставленными ударами микрометеоритов, и это наблюдение подсказало исследователям правдоподобный сценарий их образования, в котором ключевую роль играют экстремальные, но кратковременные всплески температуры, возникающие в момент столкновения космической пылинки с поверхностью спутника.
Во время таких ударов вещество мгновенно нагревается до очень высоких температур, углерод в составе минералов частично испаряется, а затем при быстром охлаждении вступает во взаимодействие с частицами железа, присутствующими в реголите и выполняющими роль естественных катализаторов, после чего под воздействием солнечного ветра и вакуума атомы углерода собираются в упорядоченные наноструктуры.
Иначе говоря, на Луне сложился уникальный набор факторов — вакуум, резкие температурные скачки, металлические включения и постоянное облучение заряженными частицами, — который на Земле приходится воссоздавать с помощью дорогого оборудования, тогда как там подобные «эксперименты» идут непрерывно и в планетарном масштабе.
Практическое значение открытия выходит далеко за рамки академического интереса, поскольку одностенные углеродные нанотрубки ценятся за сочетание рекордной прочности, высокой электропроводности и малой массы, что делает их перспективными для электроники, сенсоров и энергонакопителей, где каждый грамм и каждый ватт имеют значение.
Если в будущем человечество действительно займётся освоением Луны всерьёз, понимание природных механизмов синтеза таких материалов может подсказать, как использовать местные ресурсы для производства компонентов прямо на месте, уменьшая зависимость лунных баз от поставок с Земли и превращая реголит из бесполезной пыли в стратегическое сырьё.
Не менее важен и обратный эффект, поскольку изучение «грязных» космических процессов может вдохновить инженеров на разработку более простых и дешёвых технологий получения наноматериалов на Земле, где вместо идеально чистых условий можно будет использовать принципы, подсмотренные у микрометеоритов, солнечного ветра и древних лунных пород.
Таким образом, крошечные трубки толщиной в один атом неожиданно связали фундаментальную науку, космические миссии и прикладные технологии в одну историю, где безжизненный пейзаж обратной стороны Луны оказался способным преподнести уроки тем, кто привык считать вершиной сложности земные лаборатории.