Китайські планетологи відшукали у привезеному з середніх широт Місяця реголіті сліди води, яку на наш супутник заніс сонячний вітер. Вона збереглася у підповерхневому шарі порід Місяця, звідки зразки реголіту доставив апарат «Чан'е-5». Вимірюючи концентрацію водню у кожному зі зразків, вчені змоделювали умови для збереження водню у породах Місяця та його розподіл супутником. Зокрема, на їхню думку, вищий вміст водню можна чекати у полярних регіонах Місяця, де температури нижчі. Робота вчених опублікована у журналі Proceedings of the National Academy of Sciences.
Місце посадки «Чан'е-5». Знімок орбітального апарата NASA LRO. NASA / GSFC / Arizona State University
Що ховає місячний реголіт?
Наш супутник вкритий дрібнозернистим матеріалом — реголітом —, що утворився через бомбардування Місяця астероїдами. Спектроскопічні дослідження поверхні Місяця з орбіти виявили у реголіті водень у формі H, H2, OH і H2O, який міг потрапити у породу разом з астероїдами, а також через вплив сонячного вітру. Але чутливість дистанційних методів спостереження недостатня, щоб оцінити вміст водню у підповерхневих шарах супутника, тому вченим небагато відомо про те, наскільки реголіт здатен зберігати в собі воду.
Дані про це допомогли б не лише краще зрозуміти геологічне минуле та сучасне Місяця, а і планувати майбутні місії на супутник. Тож у своїй роботі за пошук водню, який у реголіт Місяця приніс сонячний вітер, взялися планетологи Китайської академії наук.
Склад досліджених вченими зразків на зображеннях трансмісійного електронного мікроскопа. Yuchen Xu et al. / PNAS, 2022
Що привіз «Чан'е-5»?
На відміну від усіх попередніх місій, що ще минулого століття доставляли на Землю зразки з Місяця, китайський апарат «Чан'е-5» збирав місячний реголіт на середній широті супутника з наймолодших з відомих місячних базальтів. Крім того, через особливості системи для збору порід, «Чан'е-5» привіз зразки не одразу з поверхні, а з кількасантиметрової глибини. Це мінімізує можливий вплив на реголіт магматичних порід, а також змін через удари астероїдів та дає можливість краще дослідити просторовий розподіл води в реголіті.
Порівняння місць посадок апаратів, що доставляли на Землю з Місяця ґрунт і схематична ілюстрація впливу сонячного вітру на Місяць. Prof. Lin Yangting’s Group
Аналізуючи 17 зразків реголіту, виявили у зернах велику кількість водню (від 1 116 до 2 516 частин на мільйон), за співвідношенням якого до дейтерію можна сказати, що за його походження відповідає сонячний вітер. Однак розподіл водню у зернах говорить про фазово залежний характер його збереження в реголіті, зокрема те, що ключову роль грає температура, а отже і широта, де зібрано породу.
Зокрема експерименти з нагрівання зерен показали, що за температур у 450 кельвінів вміст водню в зернах знизився на 20 відсотків. Таким чином, у приповерхневих шарах водень зберігатиметься краще, попри втрати через дифузію, а вміст його у полярних регіонах має бути вищим через нижчі температури.
В оцінках вмісту води у місячному реголіті «Чан'е-5» допоміг не лише привезеними зразками, а і фото, які він встиг зробити на поверхні супутника. На одній зі світлин вчені відшукали базальтову породу, яка містила більше води за реголіт, що може вказувати на додаткові джерела води у надрах супутника.