Ученые обнаружили первое прямое доказательство наличия молекул воды на поверхности Луны

Проанализировав образцы, привезенные миссией «Чанъэ-5», исследователи впервые напрямую обнаружили молекулы воды (в форме, отличной от льда) на поверхности Луны. Хотя наличие кислорода и водорода уже было обнаружено ранее, пока не было подтверждено, образуют ли эти элементы молекулы воды.

Астрономы считают Землю и Луну неидентичными близнецами, образование которых было катализировано общим гигантским ударом. Однако если на Земле вода играла важнейшую роль в эволюции планеты, то первые лунные образцы, привезенные миссиями «Аполлон», были полностью лишены воды.

Это привело к распространенному мнению, что лунный грунт полностью сухой, что значительно затруднило наше понимание его геологической эволюции. На Земле вода способствует, например, кристаллизации магмы. Если бы Луна была полностью лишена воды, то, по логике вещей, на ней не было бы лунных морей, которые являются очевидными следами древних лавовых потоков.

Однако последние технологические достижения ставят под сомнение гипотезу о «сухой Луне», предполагая наличие молекул воды на ее поверхности. В 2009 году индийский лунный зонд Chandrayaan-1 обнаружил следы водорода и кислорода на солнечной стороне естественного спутника Земли. Позже эти наблюдения были подтверждены данными стратосферной обсерватории НАСА для инфракрасной астрономии (SOFIA).

Также было обнаружено большое количество водяного льда. Наибольшая концентрация наблюдалась в кратерах, расположенных вблизи полюсов и постоянно находящихся в тени. Исследователи предположили, что эти концентрации сопоставимы с теми, что обнаружены в базальтовых породах океанических хребтов на Земле.

Однако предыдущие исследования, предполагающие наличие кислорода и водорода, основывались в основном на методах дистанционного зондирования. Поэтому данные еще не подтверждены in situ. Кроме того, в большинстве наблюдений не удавалось точно определить, образуют ли эти элементы молекулы воды (H2O) или молекулы гидроксила (OH). Следует также отметить, что обнаруженный ранее водяной лед имеет внешнее происхождение и образуется, например, в результате взаимодействия реголита с солнечным ветром и метеоритными ударами.

Проанализировав образцы с видимой стороны Луны, доставленные в 2020 году миссией «Чанъэ-5», команда из Национальной лаборатории физики конденсированного состояния вещества в Пекине и Института физики Китайской академии наук (CAS) утверждает, что им удалось впервые напрямую обнаружить молекулярную воду в лунном реголите.

Фрагменты, содержащие 41% воды

Для проведения исследования, результаты которого недавно были опубликованы в журнале Nature Astronomy, китайские ученые отобрали более 1 000 фрагментов минералов из лунного образца. Для этого они использовали рамановскую микроскопию, которая позволяет проводить химический и кристаллографический анализ с высоким разрешением.

Особое внимание специалисты уделили прозрачным пластинчатым кристаллам, получившим название «неизвестный лунный минерал» (ULM-1) из-за их высокой восприимчивости к содержанию молекул воды. Их химический состав был проанализирован с помощью спектроскопии SEM и электронно-зондового микроанализа (EPMA). Это два наиболее широко используемых аналитических инструмента, поскольку они позволяют быстро получать чрезвычайно детальные изображения.

В каждом из фрагментов ULM-1 было обнаружено до шести молекул воды, занимающих до 41 % их общей массы. Кроме того, они содержали магний и летучие элементы, такие как азот и хлор. По мнению экспертов, состав минерала очень похож на минералы, найденные вблизи земных вулканов. Сигналы достаточно четкие, чтобы исключить возможность загрязнения выхлопными газами зондов.

«Это открытие позволило выявить потенциальную форму, в которой молекулы воды могут существовать на лунной поверхности: гидратированные соли«, — объясняют исследователи в пресс-релизе CAS. «В отличие от летучего водяного льда, эти гидраты очень стабильны в высоких широтах Луны, даже в солнечных районах«, — добавляют они.

Также были обнаружены другие незначительные элементы, составляющие 1% от веса минералов, такие как калий, натрий, кремний и алюминий. При более тщательном анализе исследователи обнаружили, что эти элементы распределены очень неоднородно, что может свидетельствовать либо о нарушении баланса в процессе кристаллизации, либо о вторичных процессах, изменивших структуру минералов.

Эти гидратированные минералы могут стать источником воды для будущих лунных баз и дать ценные сведения о геологической истории Луны. Китай планирует построить основную часть международной лунной исследовательской станции к 2035 году. Образцы дальней стороны Луны, недавно доставленные миссией «Чанъэ-6», могут помочь определить, как часто эти знаменитые минералы могут быть обнаружены в лунном реголите.