До сих пор многие ученые считали, что у лунной воды два источника происхождения: немалая доля доставлена с упавшими кометами, но большая часть образовалась на самой Луне под действием частиц солнечного ветра. По итогам недавнего исследования планетологи вынуждены перечеркнуть эту картину. Они заявили, что кометная вода на естественном спутнике Земли действительно есть, но радиация вряд ли сыграла значительную роль. Вместо этого, похоже, главная часть лунной воды происходит из того же материала, из которого сформировалась наша планета.
Астронавт миссии «Аполлон-17», геолог Харрисон Шмитт на Луне / © NASA
Воду в лунном грунте на самом деле нашли сразу после его доставки на Землю и американскими астронавтами, и советскими аппаратами «Луна-16», «Луна-20» и «Луна-24». Тогда в нее «не поверили»: сочли результатом земного загрязнения. Много лет спустя довольно богатые водяные запасы на Луне показали данные нескольких разных спутниковых приборов. Стоит напомнить о российском детекторе «ЛЕНД» на борту зонда Lunar Reconnaissance Orbiter: он позволил составить целую карту лунных ледяных залежей, и именно после этого космические державы загорелись идеей построить постоянные базы в лунной мерзлоте у Южного полюса.
В вечной тьме на дне лунных полярных кратеров вода содержится в виде отдельных ледяных частиц, но даже на поверхности, в отлично освещаемых местах, молекулы воды есть, только они там не «сами по себе», а «встроены» в кристаллическую структуру минералов в грунте. Это называется гидратацией пород. Доставленные на Землю лунные образцы оказались гидратированы — пусть не так сильно, как земные, но все же Луна оказалась не безводной.
Интересно, что после получения всего этого грунта (в общей сложности сотни килограммов) его намеренно не стали весь сразу использовать для анализа: большую часть «законсервировали» до лучших времен, то есть до появления более совершенной исследовательской техники. Поэтому его по сей день продолжают доставать из запасников и берут мизерными порциями, но даже нескольких граммов бывает достаточно для совершения важнейших открытий.
Недавно планетологи из Калифорнийского университета в Сан-Диего (США) и Эдинбургского университета (Великобритания) использовали девять разных образцов, доставленных по программе «Аполлон», а именно — во время миссий «Аполлон-11», «Аполлон-12», «Аполлон-14» и «Аполлон-17». Таким образом, этот грунт собран в Море Спокойствия, Океане Бурь, кратере Фра Мауро у Моря Познанного и долине Тельца-Литтроу на краю Моря Ясности соответственно.
Задачей исследователей было извлечь воду из минералов всего этого грунта и посмотреть, что она представляет собой. Извлекали ее путем нагрева сначала до плюс 50, потом до плюс 150 и, наконец, до плюс 1000 градусов Цельсия. Оказалось, часть воды высвобождалась уже при небольшом нагреве, но некоторые молекулы удавалось «оторвать» только при плюс 1000 градусах. Это говорит о том, что одна часть лунной воды слабо связана с минералами, а другая очень прочно в них закрепилась.
Все добытые таким образом лунные молекулы воды сравнивали с Н2О в земных породах и в разнообразных метеоритах самого распространенного типа — хондритах, то есть камнях с многочисленными «хондрами»: зернами, вкраплениями. Как именно сравнивали: по тому, какие в молекулах воды атомы кислорода. Есть три стабильных изотопа: кислород-16, кислород-17 и кислород-18. Напомним, эти числа обозначают разное количество нейтронов в их атомных ядрах. Почти весь кислород в земной воде — это кислород-16, а двух остальных изотопов в ней ничтожно мало. Во внеземных породах картина наблюдается несколько другая, причем в разном веществе разное соотношение этих изотопов.
Результатами своего сравнительного исследования ученые поделились в статье для журнала Proceedings of the National Academy of Sciences. Они пишут, что основная часть изученной лунной воды по кислородному «признаку» оказалась больше всего похожа на воду в энстатитовых хондритах — метеоритах очень редких, но напоминающих земное вещество. Кислород в них как раз примерно такой, как на Земле. Есть гипотеза, что именно эти породы в начале истории Солнечной системы внесли огромный вклад в формирование Земли и «принесли» ей большую часть воды.
Поэтому, по мнению ученых, открытие сходства лунного грунта с этими метеоритами одновременно означает две вещи: что лунная вода — по большей части вода земная и что Земля действительно получила ее от энстатитовых хондритов.
Планетологи добавили, что нашли в «аполлоновских» образцах и немало кометной воды, а вот воды еще одной разновидности обнаружили не так много, как ожидали: речь идет о воде, которая образуется под действием солнечной радиации. Как именно: от Солнца нескончаемым потоком летят протоны, и каждому из них нужен лишь один-единственный электрон, чтобы стать полноценным атомом водорода, и это благополучно происходит на лунной поверхности. Далее этот водород встречается с атомами кислорода, которого в лунном грунте очень много. Результат — H2O.
До сих пор многие исследователи считали, что это и есть главный источник образования лунной воды. Проблема в том, что тогда кислород в молекулах этой воды должен быть точно таким же, как весь остальной кислород в лунном грунте. Нынешнее исследование показало, что в основном он другой.
Планетологи подчеркнули, что не ожидали увидеть на Луне так много земной воды: по широко распространенной версии, Земля получила естественный спутник из обломков своего катастрофического столкновения с планетой размером с Марс. Предполагалось, что от такого удара вся вода из выброшенного в космос вещества быстро улетучилась. Теперь выходит, что это не совсем так.
Naked Science ранее писал об альтернативной теории образования Луны — мультиимпактной. В ее рамках основная часть лунного материала — выбитые из Земли астероидами обломки. Поскольку энергия ударов астероидов несопоставимо меньше, чем при соударении планет, такие обломки не расплавлялись и могли доставить на Луну земную воду.
