В 1980-х годах геофизики, анализировавшие образцы лунного грунта, доставленные на Землю миссиями «Аполлон», были удивлены их сильным магнитным полем. Считалось, что Луна не настолько велика, чтобы создать такое магнитное поле, особенно на протяжении 1,5 млрд лет. Новое открытие опровергает одно из двух главных возражений против теории, что Луна обладала собственным магнитным полем.

Источник изображений: Harry Gregory / news.stanford.edu

Ранее эта загадка заставила некоторых учёных предположить существование иных причин магнетизма лунных образцов, включая возможное влияние космических кораблей, доставивших их на Землю. Напомним, что в период с 1969 по 1972 год шесть космических аппаратов «Аполлон» доставили с поверхности Луны 382 кг лунных камней, образцов грунта, гальки, песка и пыли. В итоге было получено 2 200 отдельных образцов из шести различных мест на Луне.

Однако теперь новое исследование показало, что магнетизм лунных образцов на самом деле имеет природное происхождение и что космические полёты не оказывают значительного влияния на силу магнитного поля. «Вы хотите быть уверенными, что космический корабль, доставивший ваш образец, не магнетизирует его», — сообщила Соня Тико (Sonia Tikoo), доцент по геофизике в Stanford Doerr School of Sustainability и ведущий автор нового исследования.

Аспирант Джи Ин Чон (слева) и доцент Соня Тико изучают коллекцию лунных образцов

Для подтверждения своих выводов Тико и её соавтор исследования Джи Ин Чон (Ji-In Jung) подвергли магнитному воздействию 8 образцов лунных камней из четырёх миссий «Аполлон», создав магнитные поля с силой, эквивалентной той, что существует на борту космического корабля. В течение 2 дней, имитируя возвращение с Луны, образцы были специально подвергнуты магнитному полю с силой 5 миллитесла, что примерно в 100 раз сильнее магнитного поля Земли.

«Мы провели моделирование долгосрочного воздействия на образец более сильного магнитного поля, чем магнитное поле Земли, условий, характерных для космического корабля, и выяснили, что практически для всех образцов, включая те, которые мы ранее изучали в контексте данных о лунном магнитном поле, мы смогли легко устранить это „загрязнение“», — добавила Тико.

Тико и Чон демонстрируют размер лунного камня на кварцевом диске

Позже исследователи наблюдали, как магнитное «загрязнение» уменьшалось, и обнаружили, что его можно легко устранить с помощью обычных методов. «Этот эксперимент доказывает, что мы можем проводить палеомагнитные исследования с образцами, привезёнными космическими миссиями. Я думаю, никто не сомневается в возможности проведения палеомагнитных исследований Земли, и я рада, что теперь мы можем делать это и для космоса», — подчеркнула Тико.

Магнетизированные образцы могут помочь раскрыть историю планетарных магнитных полей, необходимых для защиты атмосферы. Поэтому важно удостовериться, что привезённые на Землю образцы не были повреждены воздействием космического корабля. Это необходимо для планирования будущих миссий NASA по доставке на Землю образцов марсианского грунта.

Учёные космического центра имени Линдона Джонсона (JSC) при NASA успешно провели опыт по выработке кислорода из искусственного лунного грунта в вакууме. При нагреве лунной пыли учёные добились выделения из неё угарного газа, из которого впоследствии удалось выделить кислород. Это поможет в поддержании жизни на Луне.

Источник изображения: nasa.gov

Возможность производства кислорода непосредственно на Луне будет иметь решающее значение для планов по строительству лунной базы в рамках американской программы Artemis — учёные NASA стремятся обеспечить возможность сбора и производства ресурсов на месте, что позволит неограниченно поддерживать миссии.

Опыт был проведён специалистами команды Carbothermal Reduction Demonstration (CaRD) при NASA с использованием установки Dirty Thermal Vacuum Chamber. В сферической вакуумной камере диаметром 4,6 м при помощи мощного лазера имитировался концентрированный солнечный свет — он запустил процесс карботермического восстановления. В разработанном компанией Sierra Space реакторе поддерживалось постоянное давление, благодаря чему была предотвращена утечка газа, а отработанный материал свободно выходил из зоны реакции. В результате удалось зафиксировать выход угарного газа.

По шкале стандартов технической готовности NASA технология признана соответствующей требованиям для реальных полётов — она может быть включена в программу Artemis. Полученный на Луне кислород сможет использоваться как для дыхания, так и для изготовления ракетного топлива.

Новый анализ лунного грунта позволил учёным предположить, что содержащиеся в нём частицы воды могли попасть на спутник Земли с Солнца. Если быть точнее, то так называемая «солнечная вода» могла образоваться на Луне в результате взаимодействия солнечного ветра, а именно ионов водорода, с содержащимися в лунном грунте минеральными оксидами. В результате этого взаимодействия водород объединялся с вытесненным из оксидов кислородом, что и приводило к образованию частиц воды.

Источник изображения: Matt Anderson / Moment / Getty Images

К такому выводу пришли геохимики из Китайской академии наук Юйчен Сю (Yuchen Xu) и Хен-Ци Тянь (Heng-Ci Tian). В ходе исследования они изучили частицы лунного грунта, которые были доставлены на Землю в рамках миссии «Чанъэ-5». Учёные считают, что благодаря взаимодействию солнечного ветра с лунным грунтом вода в значительных количествах может находиться в районах средних и высоких широт спутника. Результаты исследования могут повлиять на восприятие происхождения и распределения воды на Луне.

Визуально Луна выглядит как сухой пылевой шар, но недавние исследования показали, что воды на спутнике нашей планеты больше, чем предполагал кто-либо. Конечно, речь не идёт о реках и озёрах, поскольку вода на Луне является частью реголита или же скрывается в виде ледяных отложений в кратерах, куда не попадает солнечный свет. Наличие воды на Луне заставляет учёных задуматься о её происхождении и объёмах запасов.

Относительно происхождения лунной воды может быть несколько вариантов. Прежде всего, она могла попасть на спутник Земли в результате столкновений с астероидами. При этом солнечный ветер является надёжным источником ионов водорода, которые также могли стать одной из составляющих лунной воды. Более ранние исследования, полученные в рамках американских миссий «Аполлон», показывали, что солнечный ветер мог стать источником одного из элементов лунной воды.

В ходе недавнего исследования китайские учёные работали с разными материалами, включая оливин, плагиоклаз и стекло. Все они, в отличие от собранных в рамках миссий «Аполлон», были добыты в средних широтах Луны, а также в одном из наиболее молодых кратеров. Рамановская спектроскопия и энергодисперсионная рентгеновская спектроскопия позволили изучить химический состав образцов грунта, включая внешнюю оболочку толщиной 100 нанометров, которая наиболее подвержена воздействию космической погоды. В результате было установлено, что в верхнем слое многих образцов высокое содержание водорода — от 1116 до 2516 частей на миллион, а также очень низкое содержание изотопов дейтерия и водорода.

Эти соотношения соответствуют соотношениям элементов в солнечном ветре. На основании этого учёные предполагают, что в ходе столкновения солнечного ветра с поверхностью Луны в верхнем слое грунта осаживается водород. Содержание воды, образованной благодаря солнечному ветру, в месте посадки аппарата «Чанъэ-5» должно составить около 46 частей на миллион, что согласуется с данными, полученными в ходе дистанционного зондирования.

Чтобы определить возможность сохранения водорода в лунных минералах, исследователи подвергли некоторые образцы нагреванию. Они также провели моделирование процесса сохранения водорода в лунном грунте при разных температурах. Оказалось, что температура играет важную роль в имплантации, миграции и газовыделении водорода на Луне. Это означает, что значительное количество воды, образованной благодаря солнечному ветру, может находиться в средних и высоких широтах, где температура ниже. На основе полученных данных учёные сделали вывод, что полярные регионы Луны могут быть значительно богаче водой, что может оказаться полезным для реализации будущих миссий по исследованию Луны.