Российские и зарубежные СМИ, ссылаясь на информацию от агентства Associated Press, заявили, что китайские ученые «обнаружили новый источник воды на Луне». По мнению исследователей, этой водой смогут воспользоваться космонавты, планирующие высадку на спутник Земли. Однако реальность оказалась более неоднозначной. Тем не менее, это не умаляет значимости проделанной работы.
Китайские ученые провели исследование изотопного состава воды, содержащейся в стекловидных сферах, сформировавшихся на лунной поверхности в результате падения астероидов и метеоритов. Согласно их оценкам, в этих образованиях может быть зафиксировано до 270 миллиардов тонн воды. Исследователи полагают, что данный материал может служить объяснением наличия воды на Луне в целом, поскольку стекловидные частицы, вероятно, поглощали водород из солнечного ветра, что и послужило основой для образования лунной воды. Однако, некоторые другие исследования ставят этот вывод под вопрос. Статья опубликована в Nature Geoscience.
В начале работы авторы исследования рассказывают о процессе выявления водяных ресурсов на Луне, однако их изложение не охватывает всех этапов, начиная с 1990-х годов. Фактически, наличие воды было зафиксировано ранее, в образцах лунного грунта, доставленных на Землю американскими астронавтами в 1970-х годах. Тем не менее, научное сообщество нередко с неохотой принимает открытия, не подкрепленные теоретическими знаниями. В результате, первоначальные данные были проигнорированы, а причиной назвали возможное загрязнение образцов земной водой.
В конце 1970-х годов аналогичная ситуация произошла с образцами лунного грунта, доставленными на Землю советской автоматической станцией «Луна-24». В 1994 году радар, установленный на американском военном разведывательном аппарате «Клементина», зафиксировал наличие воды, однако американские ученые отвергли их под предлогом якобы неубедительности. Бесспорное признание факта существования лунной воды случилось только в 2009-м, после открытий индийского лунного зонда «Чандраян-1».
Китайские ученые справедливо отмечают, что на данный момент никто не ставит под сомнение факт наличия воды на Луне. Однако, по их мнению, источник воды на лунной поверхности до сих пор остается «в значительной степени неясным». Это утверждение не вполне соответствует действительности: ранее Naked Science писал, оказывается, российский ученый Николай Горькавый еще в 2007 году предложил объяснение происхождения воды на Луне. Вероятно, авторы недавнего исследования не ознакомились с его результатами.
Учитывая это, исследователи представили свою интерпретацию происхождения лунной воды. Для анализа они использовали небольшие образцы лунного грунта, доставленные на Землю в 2020 году китайской миссией «Чанъэ-5». В этих пробах были идентифицированы микроскопические частицы, имеющие округлую форму и состоящие из стекла. Подобные образования ранее находились на Земле после ядерных испытаний, а также в древних геологических слоях, образовавшихся в результате столкновений с крупными астероидами, которые создают экстремальные температуры и давление, необходимые для формирования стекла. Следует отметить, что такие частицы, принимая во внимание условия их образования, изначально не могли содержать значительное количество воды, даже если бы астероид, спровоцировавший их появление, был богат водными соединениями.
Авторы исследования склоняются к гипотезе о формировании воды на Луне под воздействием солнечного ветра. Этот поток содержит значительное количество ядер атомов водорода, которые выбрасываются с поверхности Солнца. При столкновении с твердыми породами лунного грунта, содержащими кислород, водород вступает в реакцию с кислородом, образуя воду. Ранее эта гипотеза была весьма распространена, пока Николай Горькавый не продемонстрировал, что вода изначально присутствовала на спутнике Земли.
Если рассматривать солнечный ветер как источник воды на Луне, то неясно, каким образом эта вода могла бы перемещаться к полюсам Селены без значительного «буферного» слоя, состоящего из подповерхностных пород, удерживающих воду. Китайские ученые подчеркивают, что именно из таких пород должна происходить испаряющаяся вода в более низких широтах, чтобы ее молекулы могли достичь приполярных регионов, где фиксируются крупные залежи водяного льда. Специалисты сообщают, что до настоящего времени им не удавалось обнаружить подобные «буферные» водосодержащие породы.
В ходе исследования было проанализировано 117 фрагментов «ударных» стекол, имеющих форму, близкую к сферической. Установлено, что в них содержится больше воды, чем в обычных лунных породах магматического типа (образовавшихся в результате подъема материала из глубины Луны). В дальнейшем ученые попытались оценить, насколько вероятно перемещение молекулярной воды в этих стеклах при лунных условиях, и выяснили, что она может распространяться посредством диффузии, аналогично тому, как это происходит в горных породах Земли.
На основании полученных данных авторы пришли к заключению, что такие стеклянные образования могут служить основным источником воды в лунной среде, за исключением, возможно, льда, расположенного вблизи полюсов. Происхождение последнего остается невыясненным. По оценкам исследователей, количество воды, содержащейся в «лунных стеклах» на поверхности, варьируется от 300 миллионов до 270 миллиардов тонн. Эта верхняя граница превышает предыдущие, более сдержанные оценки оценки объема водного льда на Луне в 100 миллиардов тонн. Однако говорить об открытии нового источника воды не приходится: о наличии ее в лунном грунте было известно и ранее. Да и неопределенность новых оценок слишком высока, чтобы говорить об их практической значимости.
Ученые полагают, что космонавты смогут применять эти частицы стекла на Луне, так как извлечение из них воды – задача несложная. Данное заключение кажется не совсем очевидным. Несмотря на значительное количество подобного стекла, образовавшегося в результате ударов, оно распределено по лунному реголиту достаточно равномерно. Американские астронавты ранее установили, что этот реголит легко прилипает к скафандрам и оборудованию, что затрудняет их нормальную работу. Очистка от пыли в лунных условиях, вероятно, будет представлять трудность.
Чистый водяной лёд, обнаруженный ранее в приполярных районах Луны индийской миссией «Чандраян-1», не требует предварительной очистки от лунной пыли, которая может повредить оборудование. Его можно извлекать большими фрагментами и транспортировать к космическому аппарату.
Ограничением подхода является предположение о том, что вода перемещается из экваториальных областей Луны в приполярные — посредством медленного переноса молекул воды из осколков ударного стекла. Этот процесс объясняется испарением воды из этих осколков в период лунного дня (двухнедельный период с температурой поверхности плюс 127 градусов), с последующей конденсацией в прилегающих областях, содержащих аналогичное стекло, в лунную ночь (также двухнедельный период, при температуре поверхности минус 170 градусов). Сложность заключается в том, что в течение этих двух недель, при лунной гравитации, большая часть испарившихся молекул воды поднимется на достаточную высоту, чтобы либо распасться под воздействием солнечного ультрафиолета, либо покинуть Луну, улетев в космос. Данный аспект не учитывается авторами в своем исследовании.
Известные образцы лунной воды характеризуются наличием дейтерия, в то время как солнечный ветер содержит его в незначительных количествах. Если бы вода на лунной поверхности доставлялась главным образом солнечным ветром, её содержание дейтерия было бы крайне низким.
В самом исследовании также указано, что в образцах присутствует определенное количество дейтерия. Ранее полученные образцы горных пород (в отличие от ударного стекла) с поверхности Луны показали соотношение дейтерия и водорода близкое к земному. Это совместимо с гипотезой Горькавого, по которой лунная вода доставлена с Земли, но не с предположением о происхождении основной части лунной воды от солнечного ветра.