Новые исследования карт ближней и дальней сторон Луны показывают, что вода и гидроксил присутствуют не только в полярных регионах, как считалось ранее. Оказывается, вода и гидроксил (функциональная химическая группа с одним атомом водорода и одним атомом кислорода) встречаются в освещенных Солнцем скалах и грунте на всех широтах, включая породы, выброшенные на поверхность в результате метеоритных ударов.
“Будущие астронавты смогут найти воду даже вблизи экватора, если будут знать, где искать. Раньше считалось, что вода в изобилии присутствует только в полярных областях, особенно в глубоких, постоянно затененных кратерах”, – говорит Роджер Кларк, старший научный сотрудник Института планетологии и ведущий автор статьи “Глобальное распределение воды и гидроксила на Луне по данным картографического спектрометра Moon Mineralogy Mapper (M3)”, опубликованной в Planetary Science Journal. “Знание местонахождения воды не только помогает понять геологическую историю Луны, но и подсказывает, где астронавты могут найти воду в будущем”.
Кларк и его команда, в которую входят ученые из Института планетологии, изучили данные, полученные с помощью спектрометра M3, установленного на борту индийского космического аппарата “Чандраян-1”. С 2008 по 2009 год аппарат картографировал воду и гидроксил на ближней и дальней сторонах Луны с беспрецедентной детализацией.
Обнаружение воды в освещенных Солнцем областях Луны стало возможным благодаря инфракрасной спектроскопии, которая позволяет искать сигнатуры воды и гидроксила в спектре отраженного солнечного света. В то время как цифровая камера фиксирует три цвета в видимой части спектра, M3 регистрировал 85 цветов, охватывая видимый и инфракрасный диапазоны. Подобно тому, как мы различаем разные цвета разных материалов, инфракрасный спектрометр позволяет “видеть” множество (инфракрасных) цветов, что помогает определить состав, включая наличие воды (H2O) и гидроксила (OH). Воду можно извлекать непосредственно путем нагревания горных пород и грунта. Вода также может образовываться в результате химических реакций, при которых высвобождается гидроксил, а затем четыре молекулы гидроксила соединяются, образуя кислород и воду (4(OH) -> 2H2O + O2).
Изучая местоположение и геологический контекст, Кларк и его команда смогли показать, что вода на поверхности Луны метастабильна, то есть H2O медленно разрушается в течение миллионов лет, но при этом остается гидроксил (OH). Кратерные события, которые обнажают подповерхностные породы, богатые водой, приводят к постепенному разрушению H2O под действием солнечного ветра и образованию диффузной ауры гидроксила (OH).
Этот процесс занимает тысячи и миллионы лет. В других областях лунной поверхности наблюдается слой гидроксила, вероятно, образовавшегося в результате столкновения протонов солнечного ветра с поверхностью Луны. При этом протоны разрушают силикатные минералы и соединяются с кислородом, образуя гидроксил (этот процесс называется космическим выветриванием).
“Объединяя все данные, мы видим, что лунная поверхность имеет сложную геологию со значительным количеством воды в подповерхностном слое и поверхностным слоем гидроксила. И кратерная, и вулканическая активность могут выносить на поверхность богатые водой материалы, и в лунных данных наблюдаются оба этих процесса”, – говорит Кларк. Луна состоит в основном из двух типов пород: темных базальтовых пород (похожих на лаву на Гавайях), составляющих лунные моря, и более светлых анортозитовых пород, составляющих лунные материки. Анортозиты содержат много воды, базальты – очень мало. Оба типа пород содержат гидроксил, связанный с разными минералами.
Это исследование проливает новый свет на ранее известные загадки. Например, известно, что интенсивность поглощения воды и гидроксила меняется в зависимости от времени суток. Это привело к предположению, что вода и гидроксил перемещаются по Луне в течение дня. Однако новое исследование показало, что аналогичный эффект наблюдается и для очень стабильных минеральных поглощений воды и гидроксила, например, в пироксенах (распространенных магматических силикатных минералах в лунных грунтах).
При этом пироксены не испаряются при лунных температурах. Как выяснилось, причина этого эффекта заключается в тонком поверхностном слое с обогащенным составом и/или размером частиц, который отличается от более глубоких слоев. Когда Солнце низко над горизонтом, свет проходит через большую часть этого слоя, что усиливает инфракрасное поглощение по сравнению с тем, когда Солнце находится высоко в небе. Возможно, вода все еще перемещается по поверхности, но чтобы определить ее количество, необходимы новые исследования, которые учтут эффект слоистости.
Еще одним свидетельством существования тонкого поверхностного слоя являются лунные вихри – диффузные узоры, наблюдаемые в некоторых областях Луны в видимом свете. Считается, что в их формировании играют роль магнитные поля, которые отклоняют солнечный ветер, что также снижает образование гидроксила. Предыдущее исследование показало, что в лунных вихрях мало гидроксила. Новое исследование подтверждает это, но также выявляет более сложную картину: вихри бедны водой, но иногда богаты пироксеном.
Это исследование также обнаружило новые области, похожие на известные вихри, но не имеющие диффузных узоров в видимом свете. Их можно зафиксировать только по поглощению гидроксила. Эти новые образования могут быть старыми эродированными вихрями, а также включают новые типы, например, дуги и линейные структуры. Картируя Луну новыми методами, мы открываем все большую сложность ее поверхности, которая превосходит наши прежние представления.
Читайте также: Жидкие озера на Европе могут быть домом для инопланетной жизни
