Когда астронавты вернулись с последней миссии NASA «Аполлон» на Луну в 1972 году, некоторые собранные ими образцы были запечатаны и бережно сохранены в надежде, что будущие исследователи с помощью современного оборудования смогут проанализировать их и сделать новые открытия.
Исследовательская группа под руководством профессора Университета Брауна сделала именно это. В статье, опубликованной в журнале Journal of Geophysical Research: Planets, учёные сообщают о неожиданном открытии в образцах породы, взятых из региона Тавр–Литтроу на Луне во время миссии «Аполлон-17».
Анализ показал, что вулканический материал в образце содержит соединения серы, которые сильно обеднены изотопом серы-33 (или 33S), одним из четырёх радиоактивно устойчивых изотопов серы. Образцы с пониженным содержанием 33S резко контрастируют с соотношениями изотопов серы, обнаруженными на Земле, говорят исследователи.
Уникальные «отпечатки пальцев» элементов
Определённые элементы имеют отличительные «отпечатки пальцев» в виде соотношений изотопов — тонких вариаций в весе их атомов. Если две породы имеют одинаковый изотопный отпечаток, это убедительный признак того, что они произошли из одного источника. В случае Луны и Земли исследователи обнаружили широкие сходства в изотопах кислорода этих двух небесных тел.
Джеймс Доттин, доцент кафедры наук о Земле, окружающей среде и планетах в Брауне, который руководил новым исследованием, говорит, что до этого считалось, что лунная мантия имеет такой же состав изотопов серы, как и Земля. «Перед этим считалось, что лунная мантия имеет такой же состав изотопов серы, как и Земля», — сказал Доттин. «Именно это я и ожидал увидеть при анализе образцов, но вместо этого мы увидели значения, которые сильно отличаются от всего, что мы находим на Земле».
Образцы, которые анализировал Доттин, были взяты из двойной приводной трубки — полого металлического цилиндра, заглублённого примерно на 60 сантиметров в лунный грунт астронавтами «Аполлона-17» Джином Кернэном и Харрисоном Шмиттом. После возвращения на Землю NASA поместила трубку в гелиевую камеру, чтобы сохранить образец в первозданном состоянии для будущих исследований в рамках программы под названием Apollo Next Generation Sample Analysis (ANGSA).
В последние годы NASA начала предоставлять образцы ANGSA академическим исследователям через конкурсный процесс подачи заявок. Доттин предложил проанализировать изотопы серы с помощью вторичной ионной масс-спектрометрии — высокоточного метода изотопного анализа, которого не существовало в 1972 году, когда образцы были впервые возвращены на Землю.
Для своей работы Доттин искал конкретные образцы из приводной трубки, которые, по-видимому, были получены из мантии: «Я нацелился на серу, которая имела текстуру, предполагающую, что она изверглась вместе с породой, а не была добавлена другим способом», — сказал он.
Он был немного ошеломлён, увидев изотопные соотношения, которые так сильно отличались от земных. «Моя первая мысль была: „Святые угодники, это не может быть правдой“, — сказал Доттин. «Поэтому мы вернулись, чтобы убедиться, что всё сделали правильно, и мы это сделали. Это просто очень удивительные результаты».
Есть два возможных объяснения аномальной серы, говорит он. Они могут быть остатком химических процессов, которые происходили на Луне в начале её истории. Обеднённые соотношения S33 обнаруживаются, когда сера взаимодействует с ультрафиолетовым светом в оптически тонкой атмосфере. Считается, что у Луны была недолговечная атмосфера в начале её истории, которая могла поддерживать такого рода фотохимические реакции. Если это действительно так, то это имеет некоторые интересные последствия для эволюции Луны.
«Это было бы доказательством древнего обмена материалами с лунной поверхности на мантию», — сказал Доттин. «На Земле у нас есть тектоника плит, которая делает это, но у Луны нет тектоники плит. Так что идея какого-то механизма обмена на ранней Луне — это захватывающе».
Другая возможность заключается в том, что аномальная сера осталась от формирования самой Луны. Ведущее объяснение формирования Луны состоит в том, что объект размером с Марс, называемый Тейя, столкнулся с Землёй в начале её истории. Обломки от этого столкновения со временем объединились, образовав Луну. Возможно, что сигнатура серы Тейи сильно отличалась от земной, и эти различия были зафиксированы в лунной мантии.
Пока неясно, какое из этих возможных объяснений является правильным. Доттин надеется, что более детальное изучение изотопов серы на Марсе и других небесных телах однажды поможет учёным найти ответ. В конечном счёте, по его словам, понимание распределения изотопных сигнатур поможет учёным лучше понять, как сформировалась Солнечная система.
Предоставлено Университетом Брауна.