Недавно ученые выяснили причину неожиданного явления – появления ржавчины на Луне. Согласно новому исследованию, за этим процессом стоит сама Земля. Предполагается, что кислород, высвобождающийся из атмосферы нашей планеты, вызывает окисление железа до гематита (оксида железа) на лунных полюсах. Проведенные в лаборатории эксперименты подтверждают, что это наиболее вероятное объяснение как обнаружения гематита, так и особенностей его расположения, что позволяет лучше понять сложные химические взаимодействия между Землей и ее спутником.
Несколько лет назад обнаружение гематита на Луне стало настоящей загадкой для ученых. Этот минерал, распространенный на Земле и образующийся в результате окисления железа, известного как ржавление, встречается на Луне при отсутствии атмосферы и, как следствие, кислорода, необходимого для протекания подобной реакции. К тому же, Луна постоянно подвергается воздействию солнечного ветра, содержащего водород – восстановитель, который, казалось бы, должен мешать процессу окисления.
Решение этой загадки оказалось напрямую связано с Землей. Воздействие солнечного ветра на магнитосферу нашей планеты приводит к формированию вытянутого магнитного хвоста – магнитосферного шлейфа, содержащего частицы, уходящие из земной атмосферы, в том числе и ионы кислорода. В период полнолуния, когда Луна проходит через этот шлейф, она попадает в тень Земли, которая блокирует до 99% солнечного ветра. Следовательно, около пяти дней в месяц Луна подвергается воздействию земного кислорода при снижении водородной бомбардировке, что способствует образованию ржавчины.
Для подтверждения выдвинутой гипотезы международная группа ученых под руководством Сианьди Цзэна из Университета науки и технологий Макао провела ряд экспериментов. В ходе исследований ученые облучали минералы, богатые железом и подобные лунным породам, ионами кислорода, воспроизводя воздействие так называемого «земного ветра». Полученные данные свидетельствуют о том, что кислород способен окислять металлическое железо, а также некоторые минералы, содержащие железо, с образованием гематита. Дальнейшие опыты, включавшие облучение гематита водородом различной энергии, показали, что слабоэнергетический солнечный ветер не способен отменить процесс окисления, спровоцированный периодическими поступлениями земного кислорода. Это также позволяет понять, почему гематит преимущественно сконцентрирован в полярных областях: магнитосферный поток направляет ионы кислорода к высоким широтам.
В ходе исследования может быть прояснена еще одна загадка: гематит на Луне нередко встречается вблизи водяных отложений. Специалисты выяснили, что под воздействием высокоэнергетического водорода (что имитирует «земной ветер») кислород высвобождается из гематита и вступает в реакцию с водородом, формируя воду. Это позволяет сделать вывод, что наличие воды вблизи лунного гематита – не первопричина, а следствие частичного восстановления оксида.
В своей работе авторы отмечают, что образование гематита на Луне указывает на интенсивный обмен веществами между Землей и ее спутником, который, вероятно, продолжается на протяжении более четырех миллиардов лет. Лунный гематит способен сохранять информацию об изменениях содержания кислорода в земной атмосфере, включая Кислородную катастрофу, произошедшую приблизительно 2,4 миллиарда лет назад. Планируемые миссии, такие как индийская «Чандраян-3» и китайская «Чанъэ-7», которые будут направлены на исследование южного полюса Луны, откроют новые перспективы для более детального изучения этой взаимосвязанной истории.
Исследование было опубликовано в журнале .