|
Солнечный ветер может образовывать воду на Луне
|
|
|
|
С 1960-х годов ученые выдвигали гипотезу о том, что солнце является источником ингредиентов, из которых образуется вода на Луне. Предполагается, что когда поток заряженных частиц, известный как солнечный ветер, ударяется о лунную поверхность, это запускает химическую реакцию, которая может привести к образованию молекул воды. Теперь, в ходе наиболее реалистичного лабораторного моделирования этого процесса, исследователи под руководством НАСА подтвердили это предсказание.
|
|
|
|
Открытие, опубликованное исследователями в журнале Geophysical Research: Planets, имеет значение для работы астронавтов НАСА "Артемида" на Южном полюсе Луны. Считается, что большая часть воды на Луне, которая является важным ресурсом для исследований, замерзла в постоянно затененных областях на полюсах.
|
|
|
|
"Самое интересное здесь то, что, используя только лунный грунт и основной солнечный ингредиент, который постоянно выделяет водород, есть возможность создать воду", - говорит Ли Ся Йео, научный сотрудник Центра космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд. "Об этом просто невероятно думать", - сказал Йео, возглавлявший исследование.
|
|
|
|
Солнечный ветер постоянно исходит от Солнца. Он состоит в основном из протонов, которые являются ядрами атомов водорода, потерявшими свои электроны. Солнечный ветер, движущийся со скоростью более 1 миллиона миль в час, омывает всю солнечную систему. Мы видим доказательства этого на Земле, когда оно освещает наше небо во время полярных сияний.
|
|
|
|
|
|
|
Большинство солнечных частиц не достигают поверхности Земли, потому что у нашей планеты есть магнитный экран и атмосфера, которые их отклоняют. Но у Луны такой защиты нет. Как показали компьютерные модели и лабораторные эксперименты, когда протоны врезаются в поверхность Луны, состоящую из пыльного и каменистого материала, называемого реголитом, они сталкиваются с электронами и рекомбинируют, образуя атомы водорода.
|
|
|
|
Затем атомы водорода могут мигрировать по лунной поверхности и связываться с многочисленными атомами кислорода, уже присутствующими в минералах, таких как кремнезем, образуя молекулы гидроксила (OH), компонента воды, и сами молекулы воды (H2O).
|
|
|
|
Ученые обнаружили следы присутствия молекул гидроксила и воды на верхней поверхности Луны на глубине всего в несколько миллиметров. Эти молекулы оставляют после себя своего рода химический отпечаток — заметный провал в волнистой линии на графике, который показывает, как свет взаимодействует с реголитом. Однако с помощью современных инструментов трудно определить разницу между гидроксилом и водой, поэтому ученые используют термин "вода" для обозначения либо одной молекулы, либо смеси обеих.
|
|
|
|
Многие исследователи считают, что солнечный ветер является основной причиной образования молекул, хотя другие источники, такие как воздействие микрометеоритов, также могут способствовать выделению тепла и запуску химических реакций.
|
|
|
|
Измерения с помощью космических аппаратов уже показали, что солнечный ветер является основным источником воды или ее компонентов на поверхности Луны. Одна из ключевых подсказок, подтвержденная экспериментом команды Йео: спектральный сигнал, связанный с водой на Луне, меняется в течение дня.
|
|
|
|
В некоторых регионах он сильнее в прохладное утреннее время и ослабевает по мере нагревания поверхности, вероятно, из-за того, что молекулы воды и водорода перемещаются или улетучиваются в космос. Ночью, когда поверхность снова остывает, сигнал снова достигает максимума. Этот суточный цикл указывает на активный источник — скорее всего, солнечный ветер, — который ежедневно пополняет небольшое количество воды на Луне.
|
|
|
|
Чтобы проверить, так ли это на самом деле, Йео и ее коллега Джейсон Маклейн, научный сотрудник НАСА имени Годдарда, создали специальный аппарат для изучения лунных образцов "Аполлона". Во-первых, внутри аппарата находились все компоненты эксперимента: устройство для получения солнечного пучка частиц, безвоздушная камера, имитирующая лунную среду, и детектор молекул. Их изобретение позволило исследователям никогда не вынимать образец из камеры, как это делалось в других экспериментах, и не подвергать его загрязнению водой, содержащейся в воздухе.
|
|
|
|
"Потребовалось много времени и много итераций, чтобы спроектировать компоненты аппарата и подогнать их все внутрь, - сказал Маклейн, - но это того стоило, потому что, как только мы устранили все возможные источники загрязнения, мы поняли, что эта идея о солнечном ветре, возникшая десятилетиями, оказывается верной."
|
|
|
|
Используя пыль из двух разных образцов, собранных на Луне астронавтами НАСА на "Аполлоне-17" в 1972 году, Йео и ее коллеги сначала подвергли образцы термической обработке, чтобы удалить всю возможную влагу, которую они могли собрать в герметичном хранилище космических образцов НАСА в Космическом центре Джонсона в Хьюстоне и в Годдарде. лаборатория. Затем они использовали крошечный ускоритель частиц для бомбардировки пыли имитацией солнечного ветра в течение нескольких дней — эквивалент 80 000 лет на Луне, учитывая высокую дозу используемых частиц.
|
|
|
|
Они использовали детектор, называемый спектрометром, для измерения того, сколько света отражают молекулы пыли, что показало, как меняется химический состав образцов с течением времени.
|
|
|
|
В конце концов, команда обнаружила снижение светового сигнала, который отражался от их детектора именно в той точке инфракрасной области электромагнитного спектра — около 3 микрон, — где вода обычно поглощает энергию, оставляя характерный след.
|
|
|
|
Хотя они не могут с уверенностью сказать, образовались ли в результате их эксперимента молекулы воды, исследователи сообщили в своем исследовании, что форма и ширина углубления в волнистой линии на их графике свидетельствуют о том, что в лунных образцах образовались как гидроксил, так и вода.
|
|
|
|
Источник
|
