Ученые изучают, почему Луна ржавеет

Марс издавна известен своей ржавчиной. Железо на его поверхности в сочетании с водой и кислородом из древнего прошлого придают Красной планете ее оттенок. Но недавно ученые были удивлены, обнаружив доказательства того, что на нашей безатмосферной Луне тоже есть ржавчина.

В новой статье, опубликованной в журнале Science Advances, рассматриваются данные орбитального аппарата Индийской организации космических исследований Chandrayaan-1, который обнаружил водяной лед и нанес на карту различные минералы во время исследования поверхности Луны в 2008 году. Ведущий автор Шуай Ли из Гавайского университета изучил эвопрос при помощи прибора Moon Mineralogy Mapper, или M3, который был построен Лабораторией реактивного движения НАСА в Южной Калифорнии. Вода взаимодействует с горными породами, образуя множество минералов, и M3 обнаружил, анализируя спектр света, отраженного от поверхности, что полюса Луны имеют совершенно другой состав, чем остальная часть.

спектр Лунной поверхности
Синие области на этом составном изображении, полученном с помощью аппарата Moon Mineralogy Mapper (M3) на борту орбитального аппарата Chandrayaan-1 Индийской организации космических исследований, показывают концентрацию воды на полюсах Луны. Изучив спектры горных пород, исследователи обнаружили следы гематита, разновидности ржавчины.
Рис.: ISRO / NASA / JPL-Caltech / Brown University / USGS

Заинтригованный, Ли сосредоточился на этих полярных спектрах. Хотя поверхность Луны усеяна богатыми железом камнями, он, тем не менее, был удивлен, обнаружив близкое совпадение со спектральной характеристикой гематита (Fe2O3). Минерал представляет собой форму оксида железа или ржавчины, образующуюся при контакте железа с кислородом и водой. Но на Луне не должно быть кислорода или жидкой воды, так как же она может ржаветь?

Металлическая тайна

Тайна начинается с солнечного ветра, потока заряженных частиц, истекающих от Солнца, бомбардирующих Землю и Луну водородом. Водород затрудняет образование гематита. Это так называемый восстановитель, то есть он добавляет электроны к материалам, с которыми взаимодействует. Это противоположно тому, что необходимо для производства гематита: чтобы железо ржавело, ему требуется окислитель, который удаляет электроны. И хотя у Земли есть магнитное поле, защищающее ее от этого водорода, у Луны его нет.

«Это очень загадочно, — отметил Ли. — Луна — неподходящая среда для образования гематита».

Поэтому он обратилася к ученым из Лаборатории реактивного движения Эбигейл Фрэман (Abigail Fraeman) и Вивиан Сан (Vivian Sun), чтобы те помогли расшифровать данные M3 и подтвердить открытие гематита.

«Сначала я совершенно не поверила этому. Он не должен быть, исходя из условий, существующих на Луне, — сказала Фрэман. — Но с тех пор, как мы обнаружили воду на Луне, люди стали предполагать, что может быть большее разнообразие минералов, чем мы думаем, если бы эта вода вступила в реакцию со скалами».

После внимательного изучения Фрэман и Сан пришли к убеждению, что данные M3 действительно указывают на присутствие гематита на полюсах Луны.

«В конце концов, спектры убедительно показали наличие гематита, и нужно было объяснить, почему он находится на Луне», — сказала Сан.

Три ключевых ингредиента

В их статье предлагается трехмерная модель, объясняющая, как ржавчина может образовываться в такой среде. Во-первых, хотя на Луне нет атмосферы, на самом деле там обнаружены следы кислорода. Источник этого кислорода: наша планета. Магнитное поле Земли движется за планетой, как ветроуказатель. В 2007 году японский орбитальный аппарат Кагуя обнаружил, что кислород из верхних слоев атмосферы Земли может перемещаться на этом заднем хвосте магнитосферы, как это официально известно, на расстояние 385 тысяч километров до Луны.

Это открытие согласуется с данными M3, которые обнаружили больше гематита на обращенной к Земле ближней стороне Луны, чем на ее обратной стороне.

«Это говорит о том, что кислород Земли может стимулировать образование гематита», — сказал Ли.

Луна медленно удалялась от Земли в течение миллиардов лет, поэтому также возможно, что через этот разлом перескакивало больше кислорода, когда они были ближе в древнем прошлом.

Кроме того, весь этот водород доставляется солнечным ветром. В качестве восстановителя водород должен предотвращать окисление. Но хвост магнитосферы Земли имеет посреднический эффект. Помимо доставки кислорода на Луну с нашей родной планеты, он также блокирует более 99% солнечного ветра в определенные периоды орбиты Луны (в частности, когда она находится в фазе полнолуния). Это время от времени открывает окна во время лунного цикла, когда может образоваться ржавчина.

Третий кусок пазла — вода. Хотя большая часть Луны является сухой, водяной лед можно найти в затененных лунных кратерах на обратной стороне Луны. Но гематит был обнаружен далеко от этого льда. Вместо этого в статье основное внимание уделяется молекулам воды, обнаруженным на поверхности Луны.

Ли предполагает, что быстро движущиеся частицы пыли, которые регулярно оседают на Луне, могут высвобождать эти переносимые с поверхности молекулы воды, смешивая их с железом в лунном грунте. Тепло от этих ударов может увеличить скорость окисления. Сами частицы пыли также могут нести молекулы воды, имплантируя их на поверхность, так что они смешиваются с железом. В самый подходящий момент, а именно, когда Луна защищена от солнечного ветра и присутствует кислород, может произойти химическая реакция, вызывающая ржавчину.

Чтобы точно определить, как вода взаимодействует с горными породами, требуется больше данных. Эти данные также могут помочь объяснить еще одну загадку: почему меньшие количества гематита также образуются на обратной стороне Луны, где кислород с Земли не попадает.

Еще больше науки

Фрэман сказала, что эта модель может также объяснить гематит, обнаруженный на других безвоздушных телах, таких как астероиды.

«Возможно, небольшие капельки воды и воздействие частиц пыли приводят к ржавчине железа в этих телах», — подчеркнула она.

Ли отметил, что сейчас захватывающее время для изучения Луны. Спустя почти 50 лет после последней посадки «Аполлона» Луна снова стала важным пунктом назначения. НАСА планирует отправить десятки новых устройств и запустить технологические эксперименты для изучения Луны в начале следующего года, а затем в 2024 году начнутся полеты людей в рамках программы Artemis.

JPL также строит новую версию M3 для орбитального корабля под названием Lunar Trailblazer. Один из его инструментов, Moon Mapper с высоким разрешением (HVM3), будет отображать водяной лед в постоянно затененных кратерах на Луне и, возможно, также сможет раскрыть новые подробности о гематите.

«Я думаю, что эти результаты указывают на то, что в нашей Солнечной системе происходят более сложные химические процессы, чем предполагалось ранее, — добавила Сан. — Мы можем лучше понять их, отправив будущие миссии на Луну для проверки этих гипотез».

Серия ОРРО Reno 4 скоро появится в Украине, а вот лучший смартфон в среднем диапазоне Realme 6 доступен по акции.

По исследованию космоса: На планетах вокруг белых карликов может существовать жизнь, а Хаббл увидел галактику, состоящую в основном из темной материи.

-->