Вчені відтворили у лабораторії появу води на Місяці

Лабораторні експерименти, що імітують вплив сонячного вітру і ударів мікрометеоритів по місячному ґрунту, показали можливість синтезу води на абсолютно сухих частинках мінералів. У роботі з описом результатів дослідів вперше запропонована повноцінна схема появи води на найближчому небесному тілі, пишуть автори в журналі Proceedings of the National Academy of Sciences, інформує Ukr.Media.

За останні роки вчені зібрали переконливі докази наявності води на Місяці, особливо в полярних областях. У різних спостереженнях були виявлені властиві молекулам води лінії поглинання в інфрачервоній області, а на поклади льоду вказали як дані радарного сканування з наземних радіотелескопів, так і результати нейтронної спектроскопії, здійсненої автоматичними супутниками.

Потенційно існує безліч варіантів появи води на Місяці. По-перше, вода може спочатку входити до складу її порід, виділяючись в чистому вигляді при попаданні на поверхню за допомогою геологічних процесів. По-друге, її могли занести падаючі комети і багаті водою астероїди. По-третє, вона може синтезуватися безпосередньо на поверхні під впливом різних космічних процесів.

Існують наглядові вказівки на користь останнього варіанту. Зокрема, зонд Moon Mineralogy Mapper показав присутність молекул води або радикалів гідроксилу (OH) на всіх широтах і типах ґрунтів. Ці дані стали мотивацією для проведення безлічі лабораторних експериментів з опромінення протонами з енергією в декілька кілоелектровольт силікатів, з яких складається ґрунт на поверхні Місяця. Однак результати цих дослідів були суперечливими.

У роботі під керівництвом Чена Чжу (Cheng Zhu) з Гавайського університету в Маноа описуються результати нових лабораторних експериментів. В одній серії дослідів вчені опромінювали іонами дейтерію з енергією 5 кілоелектровольт в умовах надвисокого вакууму безводний мінерал олівін [(Mg, Fe)2SiO4], який входить до складу місячного реголіта і зазвичай використовується в якості його заміни. В іншому експерименті оброблені таким способом зразки піддавали впливу лазерного випромінювання, що імітувало нагрівання від потрапляння мікрометеорита.

Окремо бомбардування дейтерієм при температурі 10 кельвінів не призводило до появи спектральних сигналів молекул води або її попередників навіть після нагрівання зразків до характерних для півдня на середніх широтах Місяця 300 кельвінів. Однак при цьому з'являлася невелика кількість молекул дейтерію, що говорило про його накопичення в мінералі і наступному виділенні.

Це навело авторів на ідею про необхідність додаткового високоенергетичного впливу для стимулювання утворення води. Вчені вибрали нагрівання лазерними імпульсами до температур понад 1000 кельвінів, що свідомо вище можливостей сонячного випромінювання, але цілком досяжно при попаданні мікрометеорита. Такий вплив призвів до появи помітного сигналу в даних мас-спектрометра, як відповідних часток з масою 4 (молекулярні іони дейтерію), так і 20 (молекулярні іони важкої води D2O).

Докладне дослідження зразків за допомогою скануючого електронного мікроскопа виявило великі оплавлені лазерним випромінюванням області, на рівних поверхнях яких спостерігалися ямки розміром менше мікрона, причому поряд з деякими з них перебували «кришечки». Автори інтерпретують утворення цих особливостей як розрив речовини через накопичення високого тиску газів під поверхнею. Дослідники вважають, що таким тиском були пари синтезованої води.

«В цілому ця робота просуває наше розуміння походження води вже виявленої на Місяці та інших позбавлених атмосфери тілах Сонячної системи, таких, як Меркурій і астероїди, — говорить співавтор роботи Джеффрі Джілісс-Девіс (Jeffrey Gillis-Davis). — Також стаття вперше демонструє науково обґрунтований і перевірений механізм утворення води».

Нещодавно вчені знайшли свідчення, що відразу після формування Місяць був вологим і містив помітні кількості води, оцінили масу вибиваючої метеоритами з поверхні тіла в рік води і знайшли там «ожеледь».