В лунном грунте, доставленном «Аполлонами», обнаружили воду с Земли.

Вода в лунном грунте была обнаружена еще до его доставки на Землю как американскими астронавтами, так и советскими аппаратами «Луна-16», «Луна-20» и «Луна-24». Однако тогда этому факту не придали значения, считая, что это результат загрязнения с Земли. Спустя много лет данные различных спутниковых приборов подтвердили наличие значительных запасов воды на Луне. Особенно стоит отметить российский детектор «ЛЕНД», установленный на зонд Lunar Reconnaissance Orbiter: он помог создать карту лунных ледяных залежей, что вдохновило космические державы на идею создания постоянных баз в лунной мерзлоте у Южного полюса.

В вечной тьме на дне лунных полярных кратеров вода существует в виде отдельных ледяных частиц, однако даже на ярко освещенных участках поверхности присутствуют молекулы воды, которые не находятся «сами по себе», а «встроены» в кристаллическую структуру минералов в грунте. Этот процесс называется гидратацией пород. Образцы лунного грунта, доставленные на Землю, оказались гидратированными — хотя и не в такой степени, как земные, но Луна все же не безводна.

Интересно, что после получения этих образцов (в общей сложности сотни килограммов) их не стали использовать сразу для анализа: большую часть «законсервировали» до появления более совершенной исследовательской техники. Поэтому до сих пор продолжают извлекать их из запасников, беря небольшие порции, и даже несколько граммов бывает достаточно для значительных открытий.

Недавно планетологи из Калифорнийского университета в Сан-Диего (США) и Эдинбургского университета (Великобритания) провели исследование на девяти образцах, доставленных в рамках программы «Аполлон», а именно — во время миссий «Аполлон-11», «Аполлон-12», «Аполлон-14» и «Аполлон-17». Эти образцы были собраны в Море Спокойствия, Океане Бурь, кратере Фра Мауро у Моря Познанного и долине Тельца-Литтроу на краю Моря Ясности соответственно.

Целью исследователей было извлечение воды из минералов этого грунта и анализ ее характеристик. Воду извлекали путем нагрева: сначала до 50, затем до 150 и, наконец, до 1000 градусов Цельсия. Выяснилось, что часть воды высвобождалась уже при низкой температуре, но некоторые молекулы удавалось «оторвать» только при 1000 градусах. Это указывает на то, что одна часть лунной воды слабо связана с минералами, а другая — очень прочно.

Все полученные таким образом молекулы воды сравнивали с Н2О в земных породах и в различных метеоритах, наиболее распространенного типа — хондритах, представляющих собой камни с множеством «хондров»: зерен и вкраплений. Сравнение проводилось по атомам кислорода в молекулах воды. Существует три стабильных изотопа: кислород-16, кислород-17 и кислород-18. Эти числа обозначают различное количество нейтронов в их ядрах. Почти весь кислород в земной воде — это кислород-16, а двух других изотопов в ней ничтожно мало. В внеземных породах наблюдается несколько иная картина, причем в разных веществах соотношение этих изотопов различается.

Результатами своего сравнительного исследования ученые поделились в статье для журнала Proceedings of the National Academy of Sciences. Они отмечают, что основная часть изученной лунной воды по кислородному «признаку» больше всего напоминает воду в энстатитовых хондритах — метеоритах, которые хотя и редки, но схожи с земным веществом. Кислород в них примерно такой же, как на Земле. Существует гипотеза, что именно эти породы внесли значительный вклад в формирование Земли и «принесли» ей большую часть воды на ранних этапах истории Солнечной системы.

Таким образом, по мнению ученых, открытие сходства лунного грунта с этими метеоритами подразумевает две вещи: что лунная вода в основном является земной и что Земля действительно получила ее от энстатитовых хондритов.

Планетологи добавили, что в образцах «аполлоновских» находок они также обнаружили значительное количество кометной воды, хотя воды другого типа, образующейся под воздействием солнечной радиации, оказалось меньше, чем ожидали: эта вода формируется, когда протоны от Солнца, летящие непрерывным потоком, встречаются с атомами кислорода в лунном грунте. Результат — H2O.

Многие исследователи до сих пор считали, что это и есть основной источник образования лунной воды. Проблема в том, что тогда кислород в молекулах этой воды должен был бы совпадать с остальным кислородом в лунном грунте. Однако текущее исследование показало, что он в основном отличается.

Планетологи подчеркнули, что не ожидали найти на Луне столько земной воды: согласно распространенной теории, Земля получила свой естественный спутник из обломков катастрофического столкновения с планетой размером с Марс. Предполагалось, что в результате этого удара вся вода из выброшенного в космос материала быстро испарилась. Теперь же оказывается, что это не совсем так.

Naked Science ранее описывал альтернативную теорию образования Луны — мультиимпактную. В рамках этой теории основная часть лунного материала состоит из обломков, выбитых из Земли астероидами. Поскольку энергия ударов астероидов значительно меньше, чем при столкновении планет, такие обломки не расплавлялись и могли доставить на Луну земную воду.