Новый анализ карт ближней и дальней сторон Луны показывает, что в освещённых Солнцем областях есть множество источников воды и гидроксила, включая богатые водой породы, образовавшиеся в результате падения метеоритов на всех широтах.

«Будущие астронавты смогут найти воду даже вблизи экватора, используя эти богатые водой области. Раньше считалось, что только полярный регион, и в частности глубоко затенённые кратеры на полюсах, были регионами, где вода могла быть найдена в изобилии. Знание того, где находится вода, не только помогает понять геологическую историю Луны, но и то, где астронавты могут найти воду в будущем», — рассказал Роджер Кларк, старший научный сотрудник Института планетарных наук и ведущий автор статьи «Глобальное распределение воды и гидроксила на Луне с точки зрения картографа минералогии Луны (M3)», которая опубликована в журнале Planetary Science Journal.

Карта гидроксила на Луне. Цвет коррелирует с положением полосы поглощения: синий на более коротких волнах и красный на более длинных (от 2,72 до 2,83 микрон в инфракрасном диапазоне). Для сравнения, видимый спектр варьируется от 0,4 микрона (синий) до примерно 0,7 микрона (красный). Более короткие длины волн ОН-позиции коррелируют с глинистыми минералами, а более длинные — с сульфатными минералами. Источник: NASA / PSI / R. Clark

Кларк и его исследовательская группа изучили данные, полученные с помощью спектрометра визуализации Moon Mineralogy Mapper (M3) на космическом аппарате Chandrayaan-1, который находился на орбите Луны с 2008 по 2009 год, и составили карту воды и гидроксила на ближней и дальней сторонах Луны более подробно, чем когда-либо прежде.

Для обнаружения воды в освещённых солнцем регионах Луны используется инфракрасная спектроскопия для поиска признаков воды и гидроксила (функциональной химической группы с одним атомом водорода и одним атомом кислорода) в спектре отражённого солнечного света в инфракрасном диапазоне. В то время как цифровая камера регистрирует три диапазона в видимой части спектра, прибор M3 записал 85 диапазонов из видимого спектра в инфракрасный.

Инфракрасный спектрометр способен видеть много (инфракрасных) диапазонов и лучше определяет состав, включая воду (H2O) и гидроксил (OH). Воду можно напрямую собирать, нагревая камни и реголит. Вода также может образовываться в результате химических реакций, высвобождающих гидроксил.

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 с сохранением гидроксила OH. Кратеры, которые обнажают богатые водой подповерхностные породы для солнечного ветра, со временем деградируют, разрушая H2O и создавая диффузную ауру гидроксила OH, но разрушение происходит медленно, — занимая до миллионов лет. В другом регионе на поверхности Луны появляется патина гидроксила, вероятно, созданная протонами солнечного ветра, воздействующими на поверхность Луны, разрушающими силикатные минералы, где протоны соединяются с кислородом в силикатах, создавая гидроксил, в процессе, называемом космическим выветриванием.

«Собирая все доказательства вместе, 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 наблюдаются в лунных данных», — сказал Кларк. Луна состоит в основном из двух видов пород: тёмного моря, которое является базальтовым (лава, похожая на ту, что можно увидеть на Гавайях), и более лёгких андезитовых пород (лунные возвышенности). Андезиты содержат много воды, а базальты — очень мало.

Это исследование проливает новый свет на ранее известные аспекты. Когда Солнце светит на поверхность Луны в разное время суток, сила поглощения воды и гидроксила меняется. Это привело к расчёту, что большое количество воды и гидроксила должно было перемещаться на Луне 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, распространённый магматический силикатный минерал в лунных почвах, они не испаряются при лунных температурах.

Вверху: Чёрно-белое изображение Луны из данных Moon Mineralogy Mapper. Внизу: Карта воды на Луне. Различные цвета представляют различные формы поглощения воды и коррелируют с типом породы. Нижняя часть изображения — южный полярный регион, верхняя — северный полярный регион. Вертикальные полосы обусловлены различными орбитами космического аппарата Chandrayaan-1. Источник: Roger Clark

Причина этого эффекта вместо этого заключается в тонком слое обогащённого состава или размере частиц почвы, который отличается от более глубоких слоёв 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 всё ещё может перемещаться, но чтобы количественно оценить её количество, новым исследованиям также необходимо будет количественно оценить эффекты наслоения.

С тонким поверхностным слоем связаны проявления загадочных особенностей на Луне, «лунных завитков», — диффузные узоры в видимом свете в нескольких областях на Луне. Считается, что магнитные поля играют роль в формировании «завитков», отклоняя солнечный ветер, что также снижает выработку гидроксила. Предыдущее исследование под руководством старшего научного сотрудника PSI Джорджианы Крамер и соавтора Р. Кларка показало, что  «лунные завитки» имеют дефицит гидроксила. Новое исследование подтверждает это, но также показывает большую сложность, поскольку  «завитки» также содержат мало воды, но иногда содержат больше пироксена.

Это новое исследование с глобальными гидроксильными картами также показывает не изученные прежде области, которые похожи на известные завихрения, но не имеют диффузных узоров, видимых в оптическом диапазоне, поэтому их можно увидеть только в поглощении гидроксила. Эти новые особенности могут быть старыми эродированными завихрениями и включать новые типы, включая дуги и линейные особенности. Картографирование Луны новыми способами, такими как это, показывает, что лунная поверхность более сложна, чем прежде представляли.

Подробнее на iXBT