Хотя первые лунные образцы, привезенные миссиями «Аполлон», были полностью лишены молекул воды, исследования показали, что на полюсах естественного спутника могут находиться огромные залежи водяного льда. Считается, что наличие воды связано с тем, что эти регионы плохо освещаются солнечным светом. Это привело к гипотезе, что в полярных кратерах, постоянно погруженных в тень, могут находиться слои водяного льда толщиной в несколько метров.
Однако последние исследования показывают, что на поверхности Луны может находиться гораздо больше воды, чем считалось ранее. Несоответствия в количестве воды и молекул гидроксила наблюдались в низких широтах, включая освещенные солнцем области. С другой стороны, образцы, недавно привезенные китайской миссией «Чанъэ-5», свидетельствуют о наличии в этих районах очень стабильных гидратированных минералов.
Новое исследование, проведенное под руководством Института планетарных наук в Тусоне (США), подтверждает эти гипотезы, показывая, что Луна содержит воду и молекулы гидроксила практически на всей своей поверхности, включая самые солнечные участки. Эти регионы могут быть богаты многочисленными источниками воды, особенно в кратерах, вырезанных метеоритными ударами на всех лунных широтах.
«Будущие астронавты, возможно, смогут найти воду даже вблизи экватора, используя эти богатые водой области. Ранее считалось, что только полярный регион, и в частности глубоко затененные кратеры на полюсах, являются местами, где вода может быть найдена в изобилии», — объясняет Роджер Кларк, ведущий автор нового исследования, подробно описанного в журнале , в пресс-релизе Института планетарных наук.
Вода и гидроксил обнаружены на всех лунных широтах
В новом исследовании ученые использовали данные спектрометра изображений Moon Mineralogy Mapper (M3), установленного на лунном зонде «Чандраян-1», который вращался вокруг Луны в 2008-2009 годах. Прибор использует инфракрасную спектрометрию для обнаружения следов воды и молекул гидроксила на поверхности Луны с невиданной ранее точностью. В то время как стандартная цифровая камера фиксирует, например, три основных цвета (не считая оттенков) в видимой части светового спектра, M3 фиксирует 85 цветов в видимом спектре и инфракрасном диапазоне.
Проанализировав данные M3, исследователи обнаружили, что вода и гидроксил присутствуют на всех широтах. Однако молекулы воды «метастабильны», то есть медленно разрушаются в течение миллионов лет, в то время как гидроксил присутствует постоянно. Богатые водой подземные породы, выходящие на поверхность в результате падения метеоритов, изменяются под воздействием солнечного ветра. В результате этого процесса молекулы воды распадаются на гидроксилы с медленной скоростью, занимающей от тысяч до миллионов лет. Гидроксил также может образовываться под воздействием водорода, приносимого солнечным ветром, и силикатных минералов, содержащих кислород (космическое выветривание).
С другой стороны, эти молекулы менее распространены в базальтовых породах лунных морей по сравнению с анортозитовыми породами (состоящими в основном из полевого шпата и плагиоклаза) высокогорья. «Если собрать все доказательства вместе, мы видим лунную поверхность со сложной геологией, со значительным количеством воды в недрах и гидроксильным поверхностным слоем. И кратеры, и вулканическая активность могут приносить на поверхность богатый водой материал, и оба этих факта наблюдаются в лунных данных», — объясняет Кларк.
Странные «вихри», лишенные воды
Результаты исследования также дают новую информацию о загадках, которые еще не разгаданы. Первая из них касается того, что сила, с которой вода и гидроксил поглощаются горными породами, по-видимому, меняется в зависимости от времени суток и, соответственно, количества солнечного света. Это привело к гипотезе, что большие количества воды и гидроксила перемещаются вокруг Луны по суточному циклу. Однако данные M3 показали очень стабильное ежедневное поглощение этих молекул минералами и то, что они не испаряются из таких минералов, как пироксен, при лунных температурах.
Процесс, который ошибочно интерпретируется как вытеснение, связан с наличием на поверхности тонкого слоя частиц, отличающихся по размеру от тех, что находятся глубже. Когда Солнце находится низко на лунном небосклоне, через этот верхний слой проходит больше света, что усиливает инфракрасное поглощение и создает впечатление, что молекулы движутся. Однако может оказаться, что по лунной поверхности движется лишь небольшая часть молекул, говорят эксперты. Необходимы дальнейшие измерения, чтобы определить, сколько лунной воды и гидроксила участвует в этом процессе.
Команда также предоставила больше информации о загадочных образованиях, известных как «лунные вихри». Это странные узоры, обнаруженные в нескольких регионах Луны, которые, как считается, образовались в результате отклонения солнечного ветра магнитными полями. Кларк и его коллеги обнаружили, что в них удивительно мало воды и гидроксила, но много пироксена. Эти характеристики были обнаружены и в других регионах, где не было никаких вихревых узоров, что позволяет предположить, что они могут быть древними эрозионными вихрями.