Китайские ученые не открыли новый источник воды на Луне — вопреки тому, что написали об этом СМИ

Ученые из КНР исследовали соотношение изотопов воды в стекловидных шариках, образовавшихся на поверхности Луны после ударов астероидов и метеоритов. По их расчетам, в этом материале может содержаться до 270 миллиардов тонн воды. Причем авторы работы считают, что таким источником может объясняться наличие воды и на спутнике нашей планеты в целом: по их словам, стекловидные частицы захватывали водород из солнечного ветра, который и стал базой для лунной воды. К сожалению, ряд других работ по теме ставят этот вывод под сомнение. Статья опубликована в Nature Geoscience.

Авторы исследования начинают его с пересказа истории открытия воды на Луне, но делают это не вполне полно, отсчитывая ее от 1990-х годов. На деле вода была обнаружена еще в образцах лунного грунта, доставленных на Землю американскими астронавтами в 1970-х. Однако науке часто сложно поверить в открытия, не имеющие теоретического обоснования. Поэтому их данные были отвергнуты под предлогом того, что образцы лунного грунта оказались загрязнены земной водой.

В конце 1970-х похожая история случилась с образцами лунного грунта, отправленного в СССР советским посадочным аппаратом «Луна-24». В 1994 году данные о воде были получены радаром военного зонда США «Клементина», однако американские ученые отвергли их под предлогом якобы неубедительности. Бесспорное признание факта существования лунной воды случилось только в 2009-м, после открытий индийского лунного зонда «Чандраян-1».

Китайские ученые корректно констатируют, что на сегодня никто не пытается оспаривать само наличие воды на Луне. Но, утверждают они, происхождение воды на лунной поверхности остается «во многом неизвестным». Это не совсем верный тезис: ранее Naked Science писал, что российский физик Николай Горькавый объяснил происхождение лунной воды еще в 2007 году. По всей видимости, авторы новой работы просто не знакомы с его выводами.

В связи с этим они предложили свое видение того, как именно возникла лунная вода. Для этого ученые обратились к небольшим по объему пробам лунного грунта, отправленного китайским посадочным аппаратом «Чанъэ-5» на Землю в 2020 году. В пробах были найдены округлые частицы небольших размеров, состоящие из стекла. Аналогичные обнаружили на Земле после испытаний атомной бомбы. Также они встречаются в древних земных слоях после ударов крупных астероидов, формирующих достаточно высокие для образования стекла температуры и давления. Ясно, что такие частицы (в силу температуры их образования) исходно не могли содержать достаточно больших количеств воды, даже если бы астероид, который вызвал образование таких частиц, был богат водой.

Авторы работы предпочитают гипотезу, согласно которой вода образовалась на Луне за счет солнечного ветра. Он содержит много ядер атомов водорода, выбрасываемых с поверхности Солнца. При ударе о твердые породы лунного реголита, содержащие кислород, водород образует с атомами кислорода воду. Такая гипотеза была популярна в эпоху до того, как Николай Горькавый показал, что вода на спутнике нашей планеты присутствовала изначально.

Если принять солнечный ветер за источник лунной воды, остается непонятным, как эта вода могла бы мигрировать к полюсам Селены без крупного буфера «грунтовых вод», то есть подповерхностных пород, содержащих воду, отметили китайские исследователи. Именно из таких пород должна испаряться вода в низких широтах Луны, чтобы затем ее молекулы могли достигнуть приполярных областей, где и регистрируются крупные массивы лунного водяного льда. По словам ученых, до них эти «буферные» водосодержащие породы не удавалось обнаружить.

Исследователи изучили 117 кусочков «ударных» стекол, близких по форме к сферическим, и обнаружили, что те содержат значительное количество воды — больше, чем типичные лунные породы магматического происхождения (то есть поднявшиеся из глубин спутника). Затем ученые попробовали рассчитать возможность миграций молекулярной воды в стеклах в лунных условиях, и пришли к выводу, что вода там может перемещаться через обычные диффузионные механизмы, как в горных породах Земли.

Из этого авторы сделали вывод, что подобные частицы из стекла должны быть главным резервуаром воды в лунных условиях за возможным исключением льда в приполярных регионах. Ученые не высказываются однозначно о происхождении последнего. Объем воды в «лунных стеклах» на поверхности они оценивают от 300 миллионов тонн до 270 миллиардов тонн. Верхняя часть этого диапазона больше, чем более ранние консервативные оценки объема водного льда на Луне в 100 миллиардов тонн. Однако говорить об открытии нового источника воды не приходится: о наличии ее в лунном грунте было известно и ранее. Да и неопределенность новых оценок слишком высока, чтобы говорить об их практической значимости.

Исследователи предполагают, что подобные частицы стекла космонавты смогут использовать на Луне, поскольку извлечение из них воды не столь сложно. Этот вывод представляется достаточно неочевидным. Хотя на спутнике очень много такого стекла с ударным механизмом образования, оно равномерно распределено в лунном реголите. Как выяснили еще американские астронавты, этот реголит легко прилипает к скафандрам и технике, мешая ей работать корректно. Фильтровать пыль в лунных условиях должно быть непросто.

В то же время чистый водяной лед в приполярных областях Луны, ранее зафиксированный индийским зондом «Чандраян-1», не надо отфильтровывать от опасной для техники пыли: его достаточно нарубить крупными кусками и отвезти к кораблю.

Узким местом работы остается и то, что она предполагает: часть воды попала в приполярные регионы Луны из экваториальных областей — за счет постепенной миграции молекул воды из частиц ударного стекла. Этот механизм представляют как испарение воды из стекол в лунный день (длится две недели, температура на поверхности — плюс 127 градусов), с его конденсацией в соседних областях с таким же стеклом в лунную ночь (тоже две недели, температура поверхности — минус 170). Проблема в том, что за две недели при лунной гравитации основная часть испарившихся молекул воды уйдет достаточно высоко, чтобы или разложиться солнечным ультрафиолетом, или покинуть Луну, уйдя в космос. Исследователи не рассматривают эту проблему в своей работе.

Другой сложный момент: известные образцы лунной воды содержат дейтерий (тяжелый водород), в то время как водород в солнечном ветре его почти не содержит. Если бы основным источником воды на лунной поверхности был солнечный ветер, дейтерия там так же практически не было бы.

Однако, как отмечается в самом исследовании, определенные количества дейтерия там есть. Более ранние образцы скальных пород (а не ударного стекла) с поверхности Луны показали соотношение дейтерия и водорода близкое к земному. Это совместимо с гипотезой Горькавого, по которой лунная вода доставлена с Земли, но не с предположением о происхождении основной части лунной воды от солнечного ветра.