Вверху: Черно-белое изображение Луны из данных Moon Mineralogy Mapper. Внизу: Карта воды на Луне. Кредит: NASA/ISRO/M3 Team/PSI/R. Clark
Новый анализ карт ближней и дальней сторон Луны показывает, что в освещенных солнцем скалах и почвах есть множество источников воды и гидроксила, включая богатые водой породы, образовавшиеся в результате падения метеоритов на всех широтах.
«Будущие астронавты, возможно, смогут найти воду даже вблизи экватора, используя эти богатые водой области. Раньше считалось, что только полярный регион, и в частности глубоко затененные кратеры на полюсах, являются тем местом, где вода может быть найдена в изобилии», — сказал Роджер Кларк, старший научный сотрудник Института планетарных наук. «Знание того, где находится вода, не только помогает понять геологическую историю Луны, но и то, где астронавты могут найти воду в будущем».
Кларк является ведущим автором статьи «Глобальное распределение воды и гидроксила на Луне по данным картографа лунной минералогии (M3)», опубликованной в журнале Planetary Science Journal.
Кларк и его исследовательская группа, в которую входят ученые PSI Нил К. Пирсон, Томас Б. МакКорд, Дебора Л. Доминге, Аманда Р. Хендрикс и Джорджиана Крамер, изучили данные, полученные с помощью спектрометра визуализации лунного Mineralogy Mapper (M3) на космическом аппарате Chandrayaan-1, который находился на орбите Луны с 2008 по 2009 год, составив карту воды и гидроксила на ближней и дальней сторонах Луны более подробно, чем когда-либо прежде.
Поиск воды в освещенных солнцем частях Луны использует инфракрасную спектроскопию для поиска отпечатков пальцев воды и гидроксила (функциональной химической группы с одним атомом водорода и одним атомом кислорода) в спектре отраженного солнечного света в инфракрасном диапазоне. В то время как цифровая камера регистрирует три цвета в видимой части спектра, прибор M3 записал 85 цветов из видимого спектра в инфракрасный.
Так же, как мы видим разные цвета из разных материалов, инфракрасный спектрометр может видеть много (инфракрасных) цветов, чтобы лучше определить состав, включая воду (H2O) и гидроксил (OH). Воду можно напрямую собирать, нагревая камни и почвы. Вода также может образовываться в результате химических реакций, высвобождающих гидроксил и объединяющих четыре гидроксила для создания кислорода и воды (4(OH) -> 2H2O + O2).
Изучая местоположение и геологический контекст, Кларк и его команда смогли показать, что вода на поверхности Луны является метастабильной, то есть H2O медленно разрушается в течение миллионов лет, но при этом остается гидроксил OH. Кратерное событие, которое обнажает богатые водой подповерхностные породы для солнечного ветра, со временем будет деградировать, разрушая H2O и создавая диффузную ауру гидроксила OH, но разрушение происходит медленно, занимая тысячи или миллионы лет.
В других местах на поверхности Луны можно увидеть гидроксильную патину, вероятно, образованную протонами солнечного ветра, которые воздействуют на поверхность Луны и разрушают силикатные минералы, где протоны соединяются с кислородом в силикатах, образуя гидроксил; этот процесс называется космическим выветриванием.
«Собирая все доказательства воедино, мы видим лунную поверхность со сложной геологией со значительным количеством воды под поверхностью и поверхностным слоем гидроксила. Как кратерирование, так и вулканическая активность могут выносить на поверхность богатые водой материалы, и оба эти явления наблюдаются в лунных данных», — сказал Кларк.
Луна состоит в основном из двух видов пород: темные морские породы, которые являются базальтовыми (лава, подобная той, что можно увидеть на Гавайях), и анортозитовые породы, которые более легкие (лунные возвышенности). Анортозиты содержат много воды, базальты — очень мало. Два типа пород также содержат гидроксил, связанный с различными минералами.
Это исследование проливает новый свет на ранее известные тайны. Когда солнце светит на поверхность Луны в разное время суток, сила поглощения воды и гидроксила меняется. Это привело к расчету, что большое количество воды и гидроксила должно было перемещаться вокруг Луны в ежедневном цикле.
Однако это новое исследование показало, что очень стабильные минеральные поглощения воды и гидроксила показывают тот же самый ежедневный эффект, но на минералах, таких как пироксен, распространенный магматический силикатный минерал в лунных почвах, они не испаряются при лунных температурах. Причина этого эффекта вместо этого заключается в тонком слое обогащенного состава и/или размере частиц почвы, который отличается от более глубоких слоев почвы.
Когда солнце находится низко в лунном небе, свет проходит через большую часть верхнего слоя, усиливая поглощение инфракрасного излучения по сравнению с тем, когда солнце находится высоко в небе. Вода все еще может перемещаться, но чтобы количественно оценить ее количество, новым исследованиям также необходимо будет количественно оценить эффекты наслоения. Следы луноходов темнее на снимках с марсоходов эпохи Аполлона, что является еще одним показателем того, что поверхностный слой тонкий и отличается.
С тонким поверхностным слоем связаны проявления загадочных особенностей на Луне, называемых лунными завитками, диффузными узорами в видимом свете в нескольких областях Луны. Считается, что магнитные поля играют роль в формировании завитков, отклоняя солнечный ветер, что также снижает производство гидроксила.
Предыдущее исследование под руководством старшего научного сотрудника PSI Джорджианы Крамер и соавтором Р. Кларка показало, что лунные завитки имеют дефицит гидроксила. Новое исследование подтверждает это, но также показывает большую сложность, поскольку завитки также имеют низкое содержание воды, но иногда имеют более высокое содержание пироксена.
Это новое исследование с глобальными гидроксильными картами также показывает никогда ранее не виданные области, которые похожи на известные завихрения, но не имеют диффузных узоров, наблюдаемых в видимом свете, поэтому их можно увидеть только в поглощении гидроксила. Эти новые особенности могут быть старыми эродированными завихрениями и включают новые типы, включая дуги и линейные особенности.
Картографируя Луну новыми способами, мы можем увидеть, что лунная поверхность показывает, что она более сложная, чем мы себе представляли.
Информация от: Институтом планетарных наук
