Интерес к воде на поверхности Луны
В последнее время значительный научный интерес вызывает вопрос о количестве, распределении и происхождении воды на поверхности Луны. Это связано с её ключевой ролью в будущих космических исследованиях.
Исследование китайских учёных
Группа учёных из Института геологии и геофизики Китайской академии наук (IGGCAS) обнаружила, что образцы лунного грунта, доставленные миссией Chang’e-6 (собранные на обратной стороне Луны), содержат высокие концентрации OH/H₂O и низкие соотношения дейтерия и водорода (D/H). Это указывает на то, что лунная вода происходит из солнечного ветра.
Сравнение с другими миссиями
При сравнении с образцами, полученными миссиями Chang’e-5 (собранными в аналогичной среднеширотной области на видимой стороне Луны) и миссиями NASA Apollo (полученными в более низких широтах), результаты показывают, что вода на поверхности Луны имеет глобальный источник в солнечном ветре, а её распределение в основном контролируется широтой и зрелостью реголита.
Публикация исследования
Исследование опубликовано в журнале Nature Geoscience.
Значение лунной воды
Лунная вода играет две критически важные роли:
* помогает отслеживать процессы на поверхности Луны;
* представляет собой потенциальный ресурс для будущих миссий по исследованию Луны.
Ранние наблюдения
В ранних наблюдениях инструмент Moon Mineralogy Mapper (M³) на борту индийской миссии Chandrayaan-1 с помощью инфракрасного спектрального анализа показал, что гидроксил сконцентрирован в основном в высоких широтах. Миссии NASA Deep Impact и Cassini подтвердили наличие поглощения воды в более низких широтах, хотя эти сигналы были слабее, чем в высоких широтах.
Количественный анализ данных
Последующие количественные анализы глобальных данных M³ дали противоречивые выводы о пространственном распределении воды на поверхности Луны. Анализы, использующие эмпирические методы температурной коррекции, показали сильную связь с широтой — с содержанием воды от десятков частей на миллион (ppm) в низких широтах до примерно 750 ppm на полюсах. Анализы, основанные на модели теплопереноса, не обнаружили значительных изменений содержания воды по всей поверхности Луны.
Причины расхождений
Это расхождение во многом связано с отсутствием точных моделей для учёта неопределённостей в тепловых эмиссионных эффектах в спектрах отражения. Поэтому команда подчеркнула, что прямой лабораторный анализ возвращённых образцов лунного грунта остаётся наиболее надёжным способом определения истинного содержания и распределения воды на поверхности Луны.
Миссии Китая
Миссии Китая на Луну устранили этот пробел. В 2020 году миссия Chang’e-5 доставила примерно 1731 грамм лунного грунта из среднеширотного участка (43,06°N) в Северном бассейне Океануса Проклерарум. Недавняя миссия Chang’e-6 — впервые образцы были доставлены с обратной стороны Луны — привезла около 1935,3 грамма лунного реголита из среднеширотного участка (41,63°S) в бассейне Аполлона, расположенном в бассейне Южный полюс — Эйткен.
Методы исследования
В этом исследовании команда использовала два аналитических метода для изучения образцов Chang’e-6. Они применили спектральные измерения для количественной оценки общего содержания OH/H₂O в почве. Результаты показали, что общее содержание OH/H₂O составило 183 ± 34 ppm. Они также использовали NanoSIMS для измерения содержания водорода и соотношений D/H на уровне зёрен.
Результаты исследования
Большинство краевых участков зёрен имели высокие концентрации водорода (1000–17 500 ppm) и чрезвычайно низкие значения δD — до −983‰ (±11‰), что указывает на происхождение из солнечного ветра. Содержание воды в верхних слоях почвы зёрен Chang’e-6 сопоставимо с содержанием воды в образцах Chang’e-5 (из среднеширотных районов видимой стороны Луны), но почти вдвое больше, чем в образцах Apollo (из более низких широт). Это подтверждает, что широта (которая тесно связана с температурой) является ключевым фактором, контролирующим распределение воды.
Зрелость реголита
Несмотря на схожие профили содержания воды, общие образцы Chang’e-6 показали более сильные особенности поглощения OH/H₂O и более высокую зрелость реголита, чем образцы Chang’e-5, используя инфракрасные спектры отражения. Это определяет зрелость реголита как второй критический контролирующий фактор.
Выводы исследователей
На основе этих выводов исследователи прогнозируют, что вода на поверхности Луны, вероятно, более обильна в высокозрелом реголите в высоких широтах. Это понимание имеет важное значение для планирования будущих усилий по использованию лунных ресурсов.
Сотрудничество
Исследование проводилось в сотрудничестве с Шанхайским институтом технической физики CAS, Институтом геохимии CAS и Китайской академией аэрокосмической системы и инноваций.
Предоставлено Китайской академией наук.