PNAS: вода на Земле могла не иметь метеоритного происхождения

Фото из открытых источников

Долгое время учёные предполагали, что вода на Земле была доставлена астероидами и кометами миллиарды лет назад. Это совпадало с поздней интенсивной бомбардировкой (примерно от 4,1 до 3,8 миллиардов лет назад), периодом, когда планеты и тела Солнечной системы подвергались гораздо более частым столкновениям. Согласно этой теории, планеты внутренней части Солнечной системы не могли удерживать летучие элементы, такие как вода, из-за своей близости к Солнцу. Однако недавние результаты анализа лунных пород и реголита, доставленных миссиями «Аполлон», поставили под сомнение это предположение. Статья с подробным описанием результатов нового исследования была опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Science (PNAS).

После изучения большого количества лунных образцов с использованием высокоточной тройной изотопной системы кислорода исследователи из Ассоциации космических исследований университетов (USRA) пришли к выводу, что метеориты, попавшие в результате поздней интенсивной бомбардировки, могли обеспечить лишь небольшую часть земной воды. Исследователей возглавлял Тони Гаргано из Лунного и планетарного института (LPI) USRA и Университета Нью-Мексико (UNM). Как они объясняют в своем исследовании, данные о лунной поверхности устанавливают жесткий предел для поступления летучих веществ, даже по самым оптимистичным оценкам.

На Земле движение тектонических плит постоянно обновляет поверхность, эффективно стирая все следы древних столкновений. Но на Луне, которая безвоздушна и не подвергалась геологической активности миллиарды лет, геологическая летопись со времен поздней тяжелой бомбардировки тщательно сохранилась. В течение десятилетий ученые анализировали образцы, доставленные астронавтами «Аполлона», чтобы расшифровать эту историю, используя определенные элементы. Это включает в себя сидерофильные («металлолюбивые») элементы, которые в изобилии присутствуют в метеоритах, но в малом количестве встречаются в силикатной коре Луны.

Это довольно сложная задача из-за особенностей реголита, который может плавиться и испаряться в результате ударов, а также многократно перерабатывать отложенные материалы. Аналогичным образом, геологические процессы могут отделять металл от силикатов, что осложняет попытки восстановить типы материала и его количество. Как пояснил Гаргано:

Лунный реголит — одно из редких мест, где мы все еще можем интерпретировать интегрированную по времени запись того, что сталкивалось с окрестностями Земли на протяжении миллиардов лет. Изотопный состав кислорода позволяет нам извлечь сигнал от ударного объекта из смеси, которая плавилась, испарялась и перерабатывалась бесчисленное количество раз. Образцы, полученные в рамках программы «Аполлон», являются эталонной точкой для сравнения Луны с Солнечной системой в целом.

Когда мы соотносим изотопный состав кислорода лунных грунтов и метеоритов, мы проверяем предположения о том, какие небесные тела снабжали водой внутреннюю часть Солнечной системы. В конечном счете, это вопрос о том, почему Земля стала обитаемой и как здесь изначально были собраны все необходимые компоненты для жизни.

Гаргано и его коллеги применили другой подход, сосредоточившись на изотопах кислорода, а не на «металлолюбивых» трассерах, которые составляют наибольшую массовую долю горных пород. Тройной изотопный состав кислорода также может быть использован для разделения двух противоречащих друг другу характеристик, которые часто путают в лунном реголите: добавление ударного материала и влияние испарения, вызванного ударом, на изотопный состав. Измерив отклонения в изотопах кислорода в лунных образцах, команда обнаружила, что по меньшей мере 1% их массы состояло из ударного материала, вероятно, из углеродистых (С-типа) метеоритов, которые частично испарились при ударе.

На основании этого они установили верхние пределы количества воды, доставленной в систему Земля-Луна ударными метеоритами, показав, что со времени поздней интенсивной бомбардировки было доставлено лишь ничтожно малое количество воды по сравнению с существующим на Земле количеством воды. Хотя океаны покрывают более 71% поверхности Земли, сама вода составляет лишь около 0,023% от общей массы Земли. Тем не менее, это все равно составляет примерно 1,46 секстиллиона (1,46 x 10²¹) килограммов, или 1,60 квинтиллиона тонн! Хотя метеориты могли доставить лишь ничтожную часть этой воды, их вклад в образование Луны мог быть очень важным.

«Наши результаты не говорят о том, что метеориты не доставляли воду, — сказал соавтор исследования Джастин Саймон из подразделения ARES НАСА. — Они говорят о том, что долгосрочная история наблюдений на Луне делает крайне маловероятным, что поздние метеориты могли быть основным источником океанов Земли».

В настоящее время запасы воды на Луне в основном сосредоточены в постоянно затененных областях (ПЗО), которые обычно встречаются в сильно изрытых кратерами полярных регионах. По этой причине НАСА и другие космические агентства, в частности Европейское космическое агентство (ЕКА), Китайское пилотируемое космическое агентство (КМКСА) и Роскосмос, планируют создать жилые модули в бассейне Южного полюса-Эйткена. Быстрый доступ к водяному льду необходим для обеспечения устойчивого присутствия человека, предоставляя все необходимое: от питьевой воды и орошения для сельскохозяйственных культур до защиты от радиации и средств для производства жидкого водорода и кислорода в качестве топлива.

Это присутствие, в свою очередь, позволит создать инфраструктуру, жизненно важную для науки, например, радиотелескопы, не обремененные помехами от Земли и Солнца. Следовательно, небольшое количество воды, доставленное в результате столкновений, может стать важнейшим фактором, обеспечивающим «Великую миграцию» человечества в космос.

«Я принадлежу к следующему поколению ученых программы «Аполлон» — людям, которые не участвовали в полетах, но прошли обучение на образцах и изучили вопросы, которые стали возможными благодаря «Аполлону». Ценность Луны заключается в том, что она дает нам достоверную информацию: реальный материал, который мы можем измерить в лаборатории и использовать для подтверждения выводов, сделанных на основе наблюдений за метеоритами и телескопами», - объяснил Херардо.