Источники воды на Луне: новое исследование показывает широкое распространение воды и гидроксила

Луна, спутник нашей планеты, долгое время считалась безжизненным и сухим небесным телом. Однако исследования последних лет, основанные на данных орбитальных аппаратов, в корне меняют это представление. Анализ информации, полученной спектрометром Moon Mineralogy Mapper (M³) на борту индийского аппарата «Чандраян-1», раскрывает удивительные тайны лунной поверхности, скрытые под покровом реголита.

Ключевым открытием стало обнаружение воды и гидроксила (OH) практически повсеместно на Луне. Причем распределение этих веществ неравномерно и тесно связано с геологическими процессами, происходившими на протяжении миллиардов лет.

Лунные кратеры — это своего рода окна в прошлое, которые позволяют заглянуть в глубины лунной коры и раскрыть ее тайны. Некоторые из них, особенно молодые, словно драгоценные шкатулки, хранят в своих недрах богатые водой и гидроксилом породы, поднятые на поверхность в результате мощных импактных событий. Именно эти кратеры стали объектом пристального внимания ученых, стремящихся разгадать загадку происхождения лунной воды.

Ученым удалось обнаружить кратер на обратной стороне Луны, в котором распределение OH не совпадает с распределением воды. Это говорит о том, что состав лунных пород, содержащих эти вещества, различен. Некоторые участки кратера богаты водой, но бедны гидроксилом, в то время как другие, наоборот, демонстрируют высокую концентрацию OH при низком содержании воды.

Еще более удивительные картины открываются при изучении крупных кратеров. Так, основная часть расплавленного слоя в кратере Коперник, образовавшегося при столкновении с астероидом, богата гидроксилом с характерной длиной волны поглощения 2,81 мкм. Однако, вокруг этого слоя наблюдается зона с более длинноволновым ОН (2,83 мкм). Эта закономерность обнаружена во многих местах на Луне.

Ученые предполагают, что эта «зональность» связана с постепенным выветриванием OH-содержащих минералов под действием солнечного ветра и микрометеоритной бомбардировки. В результате этого процесса вокруг зон с высокой концентрацией гидроксила формируется диффузный ореол, обогащенный продуктами выветривания.

Кратер Буллиальд, меньший по размеру, чем Коперник, также скрывает в своем центральном пике значительные запасы воды и гидроксила. А вот кратер Аристарх, диаметром всего 40 км, демонстрирует иную картину. Здесь преобладает вода, а поглощение гидроксила наблюдается на более коротких волнах (около 2,75 мкм). Плато Аристарха, напротив, содержит OH, поглощающий на более длинных волнах (2,8 мкм и более), при этом вода здесь присутствует в незначительных количествах.

Все эти данные подтверждают гипотезу о том, что вода на Луне имеет разное происхождение. Вода, обнаруженная в больших ударных кратерах, вероятно, была погребена на глубине и поднята на поверхность в результате импактных событий. Не исключено, что эта вода является реликтовым остатком древнего лунного океана магмы, существовавшего в ранней истории нашего спутника.

Помимо воды, обнаруженной в кратерах, M³ выявил еще одну интересную особенность лунной поверхности — повсеместный поверхностный слой, обогащенный OH. Этот слой, толщиной от 0,5 до 1 км, буквально пронизан следами метеоритной бомбардировки, свидетельствующими об активных процессах, формировавших его на протяжении миллиардов лет.

Ученые полагают, что этот слой является результатом имплантации протонов солнечного ветра в поверхностные породы. Протоны, взаимодействуя с кислородом, содержащимся в минералах, образуют OH-содержащие соединения. При этом базальтовые породы дают начало гидроксилу с короткими длинами волн поглощения, а полевошпатовые — с длинными.

Импактное садоводство, постоянно перемешивающее верхние слои реголита, в сочетании с непрерывной имплантацией протонов солнечного ветра, приводит к диффузии OH-сигнатур. Эти процессы играют важную роль в формировании лунных вихрей — светлых закрученных образований на поверхности Луны, которые долгое время оставались загадкой для ученых.

Исследования M³ подтвердили, что лунные вихри бедны OH. Более того, было обнаружено, что вихри также бедны водой, что подтверждается слабой полосой поглощения воды на длине волны 1,9 мкм. Самый яркий вихрь, Рейнер Гамма, также демонстрирует повышенное поглощение пироксена в светлых областях.

Интересно, что «суточные» изменения, связанные с вращением Луны, наблюдаются не только для воды и OH, но и для более стабильных минералов, таких как пироксен. Глубина полосы поглощения пироксена на длине волны 0,9 мкм увеличивается в среднем в 5-6 раз при изменении зенитного угла от 10° до 50°.

Поскольку пироксен не является летучим минералом, это изменение не может быть объяснено миграцией вещества. Более вероятным объяснением является то, что лунная поверхность представляет собой слоистую структуру с разным размером зерен и/или составом на разной глубине. Верхний слой более светлый и имеет более высокое содержание воды/OH, чем нижележащие слои, что приводит к усилению поглощения при увеличении зенитного угла.

Данные, полученные с помощью M³, заставляют пересмотреть наши представления о Луне. Сложная геология лунных недр скрывает в себе локальные скопления воды и гидроксила. Дальнейшие исследования с использованием спектрометров высокого разрешения позволят получить более точные данные о минералогии и количестве воды на Луне, а также пролить свет на историю ее формирования и эволюции.