Учёные объяснили происхождение воды на Луне
Впервые междисциплинарное исследование показало химические, физические и материальные доказательства образования воды на Луне. В проекте участвовали две команды из Гавайского университета в Маноа: физико-химики из химического факультета Университета Маноа, а также исследователи из лаборатории Keck в области астрохимии и планетологии в Гавайском институте геофизики и планетологии (HIGP). Ученые доказали, что вода и ее предшественники хранились в лунных силикатах и попадали в газовую фазу под воздействием (микро) метеоритов.
Несмотря на то, что недавние открытия космических аппаратов на орбите, указывают на существование водяного льда на полюсах Луны, происхождение этой воды остается неопределенным. При этом вода на Луне представляет собой одно из ключевых требований постоянной колонизации и получения исходного сырья для производства топлива и энергии (водород, кислород), и питьевой воды в том числе.
Прорывным исследованием в этой области, была работа научного сотрудника UH Manoa Чэн Чжу и его коллеги из Национальной академии наук. Профессор химии Ральф И. Кайзер и Джеффри Гиллис-Дэвис из HIGP разработали эксперименты для проверки синергизма между протонами водорода в результате воздействия солнечного ветра, лунных минералов и воздействия микрометеоритов. Чжу облучил образцы оливина — сухого минерала, который служит суррогатом лунного материала, а ионы дейтерия для протонов солнечного ветра.
Чжу объяснил, что в результате облучения только дейтерием «эксперименты не выявили никаких следов образования воды даже после повышения температуры до лунных среднеширотных дневных температур». «Но когда мы нагрели образец, мы обнаружили молекулярный дейтерий, предполагая, что дейтерий или водород, имплантированный солнечным ветром, может храниться в лунной породе».
Кайзер добавил: «Поэтому может потребоваться еще один источник высокой энергии, чтобы вызвать образование воды в минералах Луны с последующим ее выпуском в виде газа, который можно обнаружить».
За второй серией экспериментов по облучению дейтерием последовал лазерный нагрев для моделирования тепловых эффектов воздействия микрометеоритов. Во время лазерных импульсов в газовой фазе наблюдался всплеск ионов с отношением массы к заряду, совпадающим с отношением массы однократно ионизованной тяжелой воды. «Вода продолжала выделяться во время лазерных импульсов после повышения температуры, что говорит о том, что оливин хранил прекурсоры тяжелой воды, выделяющейся при лазерном нагреве», — сказал Чжу.
Чтобы отобразить эти процессы и интерпретировать более широкое воздействие на Луну и другие тела, Хоуп Ишии и Джон Брэдли из HIGP использовали сфокусированную ионно-лучевую сканирующую электронную микроскопию и просвечивающую электронную микроскопию в Центре усовершенствованной электронной микроскопии. Они наблюдали поверхностные ямы субмикронного размера, некоторые частично покрытые крышками, предполагая, что водяной пар накапливается под поверхностью в пузырьках, пока они не лопнут, высвобождая воду из лунных силикатов при воздействии микрометеоритов.
«В целом, это исследование расширяет наше понимание происхождения воды, обнаруженной на Луне и других безвоздушных телах в нашей солнечной системе, таких как Меркурий и астероиды, и впервые предоставляет научно обоснованный и проверенный механизм образования воды», — подвел итог Джеффри Гиллис-Дэвис из HIGP.
