Согласно новому исследованию ученых Геофизического института Фэрбенкса Университета Аляски, ионы водорода и кислорода, выходящие из верхних слоев атмосферы Земли и соединяющиеся на Луне, могут быть одним из источников известной лунной воды и льда. Работа, возглавляемая адъюнкт-профессором геофизического института UAF Гюнтером Клетечкой, дополняет растущий объем исследований воды на северном и южном полюсах Луны. Поиск воды является ключом к проекту NASA Artemis, запланированному долгосрочному присутствию человека на Луне. НАСА планирует отправить людей обратно на Луну в этом десятилетии. «Поскольку команда НАСА «Артемида» планирует построить базовый лагерь на южном полюсе Луны, ионы воды, возникшие много тысячелетий назад на Земле, могут быть использованы в системе жизнеобеспечения астронавтов», — сказал Клетечка.
По оценкам нового исследования, полярные регионы Луны могут содержать до 3500 кубических километров (840 кубических миль) или более поверхностной вечной мерзлоты или подповерхностной жидкой воды, созданной из ионов, вышедших из атмосферы Земли. Это объем, сравнимый с озером Гурон в Северной Америке, восьмым по величине озером в мире. Исследователи основывали это общее количество на расчете модели с наименьшим объемом — 1% атмосферного выброса Земли, достигающего Луны. Принято считать, что большая часть лунной воды была отложена астероидами и кометами, столкнувшимися с Луной. Большинство из них произошло в период, известный как Поздняя тяжелая бомбардировка. Утверждается, что в тот период, около 3,5 миллиардов лет назад, когда Солнечной системе было около 1 миллиарда лет, ранние внутренние планеты и Луна Земли подверглись необычно сильным ударам астероидов.
Ученые также предполагают, что источником является солнечный ветер. Солнечный ветер несет ионы кислорода и водорода, которые, возможно, объединились и отложились на Луне в виде молекул воды. Теперь есть дополнительный способ объяснить, как вода накапливается на Луне. Исследование было опубликовано 16 марта в журнале Scientific Reports в статье, автором которой является Клетечка и в соавторстве с доктором философии. студент Николас Хассон из Геофизического института и Центра исследований воды и окружающей среды UAF при Институте северного машиностроения. Среди соавторов также несколько коллег из Чехии. Клетечка и его коллеги предполагают, что ионы водорода и кислорода попадают на Луну, когда она проходит через хвост магнитосферы Земли, что происходит в течение пяти дней ежемесячного путешествия Луны вокруг планеты. Магнитосфера — это каплевидный пузырь, созданный магнитным полем Земли, который защищает планету от большей части непрерывного потока заряженных солнечных частиц.
Недавние измерения, проведенные несколькими космическими агентствами — НАСА, Европейским космическим агентством, Японским агентством аэрокосмических исследований и Индийской организацией космических исследований — выявили значительное количество образующих воду ионов, присутствующих во время прохождения Луны через эту часть магнитосферы. Эти ионы медленно накапливались со времени поздней тяжелой бомбардировки. Присутствие Луны в хвосте магнитосферы, называемом хвостом магнитосферы, временно влияет на некоторые силовые линии магнитного поля Земли — те, которые разорваны и просто уходят в космос на многие тысячи миль. Не все силовые линии Земли прикреплены к планете обоими концами; некоторые имеют только одну точку крепления. Думайте о каждой из них как о нити, привязанной к шесту в ветреный день.
Присутствие Луны в хвосте магнитосферы приводит к тому, что некоторые из этих разорванных силовых линий снова соединяются с их противоположными разорванными аналогами. Когда это происходит, ионы водорода и кислорода, покинувшие Землю, устремляются к вновь соединенным силовым линиям и ускоряются обратно к Земле. Авторы статьи предполагают, что многие из этих возвращающихся ионов ударялись о проходящую Луну, у которой нет собственной магнитосферы, чтобы отталкивать их. «Это похоже на то, как будто Луна находится в душе — поток ионов воды возвращается на Землю и падает на поверхность Луны», — сказал Клетечка. Затем ионы объединяются, образуя лунную вечную мерзлоту. Часть из них в результате геологических и других процессов, таких как столкновения с астероидами, уходит под поверхность, где может превратиться в жидкую воду.
Исследовательская группа использовала гравитационные данные лунного разведывательного орбитального аппарата НАСА для изучения полярных регионов, а также нескольких крупных лунных кратеров. Аномалии в подземных измерениях в ударных кратерах указывают на расположение трещиноватых пород, способствующих содержанию жидкой воды или льда. Измерения силы тяжести в этих местах под поверхностью предполагают наличие льда или жидкой воды, говорится в исследовательской работе. Последнее исследование основано на работе, опубликованной в декабре 2020 года четырьмя авторами новой статьи, включая Клетечку.
