Стекло, полученное миссией «Чанъэ-5», выявило высокое содержание железа на Луне

Фото из открытых источников

На первый взгляд это может показаться неочевидным, но Луна постоянно подвергается воздействию пескоструйной обработки и термической обработки. Отсутствие плотной атмосферы позволяет микрометеоритам быстро обрушиваться на поверхность, а солнечный ветер также не сдерживается, постоянно обжигая реголит высокоэнергетическими частицами. 

Эти процессы приводят к так называемому «космическому выветриванию», которое может кардинально изменить физические и химические свойства лунной почвы на протяжении миллиардов лет. И мы наконец-то получаем более полное представление о том, что это означает на практике, благодаря двум новым статьям исследователей из Китайской академии наук и Пекинского университета, которые использовали передовые методы электронной томографии и спектроскопии для анализа образцов, доставленных с ближней стороны Луны в рамках миссии «Чанъэ-5».

В частности, они использовали эти методы, чтобы заглянуть внутрь микроскопических капель «ударного стекла» — фрагментов лунной почвы, которые мгновенно расплавились при столкновении с метеоритом, а затем сразу же замерзли в вакууме космоса. Эти образцы являются одними из самых интересных на лунной поверхности, поскольку они содержат ключи к пониманию того, что происходит в точке удара при возникновении самых драматических явлений космической погоды.

В одном исследовании, опубликованном в журнале JGR: Planets, ученые обнаружили, что эти удары не просто разжижают породу, а запускают явление, называемое несмешиваемостью силикатных жидкостей. На Луне мгновенное плавление грунта после удара метеорита приводит к отделению расплавленных нанокапель, богатых железом, от остальной жидкости, богатой кремнием. Когда этот процесс «затухает» почти мгновенно, эти богатые железом нанокапли замерзают на месте, прежде чем успевают полностью осесть или снова смешаться.

В статье, опубликованной в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), исследователи пошли еще дальше. Используя электронную томографию, они реконструировали трехмерную карту частиц железа внутри оболочки из ударного стекла.

В одном крошечном реконструированном объеме они насчитали более 1500 наночастиц железа, средний диаметр которых составлял всего 3,4 нанометра. Они также отметили, что эти частицы были распределены по трем различным слоям. Были слои, богатые серой, содержащие более крупные, неправильной формы частицы железа, образовавшиеся в результате самого удара. Другой слой характеризовался высокой концентрацией более мелких частиц, образовавшихся в результате диспропорционирования — химической реакции, вызванной экстремальной температурой, когда ионы железа одновременно окисляются и восстанавливаются до чистого металлического железа. Внешний слой стекла был сильнее подвержен воздействию солнечного ветра, что подтверждается структурными изменениями. В конечном итоге исследователи подсчитали, что чистое металлическое железо может составлять до 30% некоторых из этих слоев.

Эти результаты объясняют некоторые любопытные особенности Луны, например, почему «зрелая» лунная почва выглядит темнее и краснее для наших спутников. Но, возможно, наиболее значимое влияние это окажет на использование ресурсов на месте. Для жизни за счет ресурсов лунной поверхности потребуется огромное количество железа для строительства инфраструктуры. По данным исследователей, до 7,1% почвы в некоторых из этих зрелых регионов, образованных ударным стеклом, может состоять из чистого железа — это намного выше, чем предыдущие оценки содержания железа в почве в целом.

Однако образцов гораздо больше, чем тех, что были получены ранее — космический аппарат «Чанъэ-6» уже предоставил образцы с обратной стороны Луны, которые еще не подвергались подобному анализу. А по мере развития миссий «Артемида» появляется перспектива впервые за 50 лет получить настоящие лунные камни с помощью астронавтов. Их, безусловно, будут анализировать так же тщательно, как и образцы с «Чанъэ-5», но только время покажет, скрыты ли еще какие-либо секреты в осколках лунного стекла.