Может ли лед в полярных областях Луны содержать значительные количества «тяжелой» и «сверхтяжелой» воды? Не повлияет ли использование такой воды на здоровье астронавтов на планируемых лунных базах?

Спрашивает

Андрей Шипов

#космонавтика

#космос

#Луна

23 февраля

4 153

Средний вопрос

Анатолий Глянцев

эксперт

Краткий ответ: в лунном льду может быть незначительно повышено содержание полутяжелой воды, но это не повлияет на здоровье астронавтов. Тяжелой воды в природе так мало, что ее можно не брать в расчет, а сверхтяжелая вода в природе и вовсе не встречается.

Теперь подробнее. Самый распространенный изотоп водорода — протий (H). Его ядро состоит из единственного протона без нейтронов. Протий в соединении с кислородом образует обычную воду H₂O. Гораздо менее распространен дейтерий (D), имеющий в ядре один нейтрон. Он входит в состав полутяжелой воды HDO и тяжелой воды D₂O. Чтобы образовалась молекула тяжелой воды, должны встретиться два чрезвычайно редких атома дейтерия. Это крайне маловероятное событие, поэтому основной резервуар дейтерия в воде — молекулы полутяжелой воды HDO. Дейтерий не радиоактивен, и единственное отличие полутяжелой воды от обычной — в несколько большей массе молекулы.

Считается, что из всех космических объектов самое большое содержание полутяжелой воды — в межзвездных газопылевых облаках и протопланетных дисках (это дискообразные облака пыли и газа вокруг звезд, из которых впоследствии образуются планетные системы). Недавно астрономы измерили содержание HDO в диске звезды V883 Ориона: от 0,16% до 0,29%. Доля полутяжелой воды в земных океанах значительно меньше: около 0,03%. В лунном льду, если этот лед реален (в чем остаются некоторые сомнения), доля HDO должна быть где-то между этими цифрами. Точное значение зависит от того, откуда этот лед там взялся. В любом случае такую воду можно пить без вреда для здоровья.

Теперь про сверхтяжелую воду. Так называют молекулы Т₂O, где Т — тритий, изотоп водорода с двумя нейтронами в ядре. Тритий радиоактивен и распадается слишком быстро, чтобы сверхтяжелая вода встречалась в природе. Возьмите килограмм трития, и через 123 года от него останется грамм, а еще через 123 года — всего миллиграмм.

Известные образцы лунной воды имеет такое же соотношение дейтерия и протия, что и земная: https://www.science.org/doi/10.1126/science.1235142 Так что риски не выше, чем на Земле. Кстати, это неплохой маркер-предсказатель: мультиимпактная гипотеза образования Луны предсказывает, что и на лунных полюсах и под ними соотношение изотопов в воде должно быть таким же, как и для остальной Луны. В гипотезе Тейи с этим существенно сложнее. Буквально через 2-3 года у нас будет возможность сравнить эти два набора предсказаний на практике.

Ответить

—

Егор Быковский

24.02.2025

Александр, "Буквально через 2-3 года у нас будет возможность сравнить" Надеюсь, доживём!))

Ответить

Анатолий Глянцев

24.02.2025

Александр, в известных образцах - да. Но известные образцы это не лед, а микроскопические примеси воды в грунте, взятом в низких и средних широтах. Происхождение льда в вечно затененных кратерах - дискуссионный вопрос. Не исключено, что у этой воды было несколько источников (см, например, https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0019103519303689?via%3Dihub ). Если существенным источником полярного льда были кометы, выпавшие после образования и остывания Луны, то и отношение D/H должно быть близко к кометному. Другое дело, что кометное D/H само по себе известно плохо, т.к. такие измерения трудно проводить на расстоянии. По разным данным, на кометах доля HDO от вполне земных 0,03% до более солидных 0,1% Но поскольку кометы прошли минимальную переработку со времен образования Солнечной системы, предполагается, что в кометах D/H должно быть выше, чем на Земле, и ближе к показателям протопланетного диска. Пока в полярный кратер не спустится человек или робот и не возьмет образец грунта для анализа, этот вопрос не решить. Будем ждать. Мы живем в интересное время.

Ответить

ещё комментарии

Александр Березин

24.02.2025

Анатолий, " Но известные образцы это не лед, а микроскопические примеси воды в грунте, взятом в низких и средних широтах." Все так, да. Откуда и возможность для проверяемого прогноза. "Если существенным источником полярного льда были кометы, выпавшие после образования и остывания Луны" Вот тут авторы объясняют, почему кометная гипотеза вызывает большие вопросы: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0032063315002615 " Мы живем в интересное время." Это точно.

Ответить

—

Анатолий Глянцев

26.02.2025

Александр, спасибо за ссылку. Первая фраза из Highlights: "We numerically simulated the impacts of asteroids and comets on the Moon". Правильно смоделировали? Неправильно смоделировали? Все что надо учли в модели или чего-то недоучли? Численные модели - это очень, очень коварная вещь. Потому что даже самые компетентные люди на самом деле не знают, до какой степени сложности нужно прорабатывать модель, чтобы она адекватно отражала реальность. И потянет ли эту сложность разработчик, который модель делает, и компьютер, который модель считает. А еще в моделях бывают артефакты. Как следствие, бывают модели, которые противоречат друг другу, и каждый модельер считает, что прав именно он. Численная модель - это не экспериментальный факт. Численная модель - это разновидность теории. И как любая теория, она должна делать проверяемые предсказания. И эти предсказания нужно проверять. И только если они подтверждаются, можно доверять модели. Понятное дело, что сначала появляется модель, а возможность проверить ее фактами - когда-нибудь потом, и хорошо, если вообще появляется. Так что значительная, скажем так, часть научной литературы содержит выводы из непроверенных фактами численных моделей. Это неизбежно и не страшно, если относиться к таким выводам с подобающей осторожностью.

Ответить