Cовременные спектрометры обнаружили внушительные следы воды и гидроксила (OH) не только в вечно затенённых кратерах полюсов, но и в освещённых Солнцем областях. Откуда берётся вода на поверхности спутника Земли, лишённого плотной атмосферы и магнитного поля, смогли объяснить учёные из Технологического института Джорджии. Для этого в лаборатории института впервые была воссоздана имитация солнечного ветра, бомбардирующего лунные минералы. В качестве материала для проводимых испытаний использовался минерал титана и железа. Проводимый эксперимент помог объяснить происхождение частиц железа и воды на поверхности Луны, а также создать метод более точно определения возраста кратеров на спутнике Земли.
Космическое выветривание.
На Земле горные породы разрушаются под действием ветра, влаги и перепадов температур. На Луне, лишённой жидкой воды и плотных газовых оболочек, за разрушение отвечают удары микрометеоритов и непрерывный поток заряженных частиц солнечного ветра — протонов и электронов, летящих от Солнца со скоростью сотни километров в секунду. Этот процесс, под названием космическое выветривание, за миллиарды лет превратил верхний слой лунного реголита в мелкодисперсный порошок, в составе которого присутствует железо. Если вдаваться в научную терминологию, то этот металлический порошок в составе лунной пыли астрономы называют нанофазным железом npFe⁰.
Мнение учёных о появлении этого металлического порошка делилось на два предположения: либо это результаты бомбардировки микрометеоритами, либо солнечный ветер. В поисках ответа на интересующий астрономов NASA вопрос учёные из Центра исследований лунной среды и летучих веществ Технологического института Джорджии (CLEVER) решили поставить предельно чистый эксперимент, в начале которого они и не догадывались, что смогут понять: откуда на поверхности Луны берётся вода.
О чём рассказал ильменит?
В своей лаборатории физики Рошан Триведи и Адвик Вира выбрали главным предметом исследования ильменит. Этот минерал титана и железа FeTiO₃ широко распространён как в земных породах, так и в лунных базальтах. По своей структуре ильменит богат кислородом, который, согласно теориям, может связываться с водородом солнечного ветра, порождая молекулы воды.
Образцы минерала поместили в вакуумную камеру, и подвергли воздействию ионизированного водорода, имитирующего солнечный ветер.
В отличие от поверхности Луны, в лабораторных условиях учёные могли ускорить масштаб времени. В итоге за короткий промежуток времени проведения эксперимента аппаратура воспроизвела эффект, который на Луне накапливается столетиями. Далее, с помощью электронного микроскопа высокого разрешения исследователи зафиксировали изменения ильменита, практически неотличимые от тех, что наблюдаются в реальных лунных образцах.
Главным выводом состоявшегося эксперимента стало заключение о том, что одного лишь солнечного ветра достаточно для образования характерных признаков космического выветривания. По словам ведущего автора исследования Рошан Триведи, под воздействием протонов на поверхности ильменита возникли нанофазные частицы железа и луноподобные, тёмные аморфные ободки, которые ранее фиксировали на снимках орбитальные аппараты. Иными словами, микрометеориты оказывают незначительное воздействие на поверхность Луны, чем солнечный ветер. Этот вывод теперь позволит более точно определить возраст лунной поверхности.
Невидимые резервуары для воды.
Теперь о "лунной" воде.
Изучая под микроскопом структуру "обстрелянного" ильменита, исследователи обнаружили многочисленные микроскопические пустоты - микровыбоины, образовавшиеся внутри кристаллической решётки. Именно здесь, в этих невероятно маленьких полостях, по мнению физиков, происходит встреча двух компонентов: кислорода, высвободившегося из разрушенного минерала, и водорода, доставленного солнечным ветром.
Протоны - ядра водорода - солнечного ветра проникают в кристаллическую решётку ильменита. Они "выбивают" микрочастицы железа из оксидной формы и высвобождают химически связанный кислород. Металл переходит в состояние нанофазного железа, а сами протоны, замедляясь, захватывают электроны и превращаются в атомы водорода. Кислород и водород, оказавшись в замкнутом объёме микроскопической поры, соединяются, образуя воду (H₂O) или гидроксильную группу (OH). Получившаяся вода может оставаться в ловушке, защищённой от вакуума и перепадов температур, сохраняясь в реголите долгое время.
Таким образом, лабораторная модель подтвердила, что сам по себе солнечный ветер способен не только влиять на старение поверхности, но и создавать воду в совершенно безводной среде.
Планы NASA на "лунную" воду.
Надо полагать, что поиск воды на Луне - это часть программы "Артемида", подразумевающей присутствие человека на Луне. В таком случае вода - это стратегический ресурс. Её можно не только пить, но и использовать для выращивания растений, разлагать на кислород для дыхания и водород для топлива. Возможно, следующим шагом исследования станет определение места с большой концентрацией воды.
С другой стороны, зная, как ведёт себя под ударами солнечного света свежий ильменит, ничего не мешает учёным создать виртуальную модель его старения и оценить возраст любого кратера или лавовой равнины, не спускаясь туда с луноходом.
Исследователи также намерены проверить другие минералы, входящие в состав лунного реголита: плагиоклаз, оливин, пироксены. Каждый из них может обладать своей ёмкостью для хранения воды и своей способностью формировать водные резервуары.
Подводя итог.
Проведённый американскими исследователями эксперимент показывает, что даже в вакууме и в условиях сильной радиации природа умудряется вести тончайшую химическую работу. Солнечный ветер, некогда считавшийся космическим разрушителем, оказывается одновременно и созидателем наночастиц железа и крупиц воды. Огорчает меня только одно, что эксперимент проводила не российская группа учёных.
Может быть интересно:
Благодарю Вас за прочтение и потраченное время.
Помочь умственному развитию автора можно здесь.
На что собираются деньги написано здесь.
Чтобы не пропустить новые интересные публикации рекомендую Вам подписаться на телеграм-канал, указанный в профиле Дзен-канала.