Электроны и лазер увлажнили кусочек астероида в лаборатории

Астрономы провели лабораторные исследования метеоритов и обнаружили возможный локальный механизм возникновения воды на поверхности космических тел. Появление воды может вызываться частицами солнечного ветра и космических лучей вместе с нагревом от ударов микрометеоритов в результате окисления органики или дегидратации минералов, пишут авторы в журнале Nature Astronomy.

Спектроскопические исследования показывают присутствие на поверхности астероидов воды и гидроксильных радикалов. Однако с поверхности таких тел лед должен исчезать вследствие возгонки из-за низкого окружающего давления и нагрева солнечным светом. Соответствующие оценки показывают, что обнаженный лед может сохраняться в течение 104-106 лет, что намного меньше возраста Солнечной системы.

Получается, что для объяснения наличия воды на современных астероидах необходим некий процесс, который будет восполнять ее на поверхности. Также такой процесс мог бы прояснить наличие воды и на других космических телах, например, Луне. Тем не менее, общепризнанного канала образования воды предложить не удалось.

Обычно ученые, однако, рассматривают два воздействия: энергичные элементарные частицы и микрометеориты. У частиц может быть два источника: солнечный ветер и космические лучи. Оба этих потока преимущественно состоят из протонов, поэтому обычно с целью имитации условий открытого космоса в лаборатории образцы обстреливают протонами или легкими ионами, например, гелием или аргоном. Результаты таких работ противоречивы: разные группы ученых зачастую получают разные данные, а в случае возникновения воды ее изотопный состав все равно не соответствует наблюдаемому. Микрометеориты должны вызывать временный разогрев вещества, поэтому их обычно моделируют при помощи лазерных импульсов.

Ученые из США и Австралии под руководством Ральфа Кайзера (Ralf Kaiser) из Гавайского университета предприняли очередную попытку воспроизвести условия образования воды, но на этот раз исследователи воздействовали на породы не протонами, а энергичными электронами. Электроны составляют лишь малую часть солнечного ветра и космических лучей, но вторичные электроны возникают в достаточных количествах при столкновении протонов с веществом. Такая постановка задачи позволила авторам исследовать не ядерные реакции с участием протонов, а лишь инициируемые частицами превращения веществ, так как электроны используемых энергий не способны повлиять на атомные ядра.

Авторы работали с кусочком Мурчисонского метеорита, который упал 28 сентября 1969 года в Австралии. Его подвергали действию электронов и лазерных импульсов инфракрасного диапазона. Работа проводилась в условиях сверхвысокого вакуума при давлении порядка 10?14 атмосфер и двух температурных режимах в 5,5 и 150 кельвинов, что примерно соответствует сезонному перепаду на поверхности астероидов во внутренней части главного пояса. Эксперименты проводились как с отдельными воздействиями, так и с одновременными. После опыта образец нагревали до 300 кельвинов.

Оказалось, что при одновременном действии и электронов, и лазера возникает заметный спектроскопический сигнал связи O–H и H2O, то есть происходит формирование молекул воды. Также становятся заметными линии поглощения Si–H и CO2. При этом интенсивность C–H и Si–O уменьшается. Авторы связывают это с разрушением органических молекул и филлосиликатов — минералов со слоистой структурой, содержащих заметные количества воды.

Инфракрасные спектры при начальной температуре 150 кельвинов до воздействия (черный), сразу после него (красный) и по завершении нагрева (синий). В верхнем ряду: отсутствие воздействия, только электроны. В нижнем ряду: только лазер, одновременно лазер и электроны.

C. Zhu? et al. / Nature Astronomy, 2019

Авторы отмечают, что требуется дальнейшая работа для выяснения деталей происходящих процессов на микроуровне и численной оценки вклада данного явления по сравнению с другими предложенными механизмами появления воды на поверхности, такими как ее поднятие из подповерхностных резервуаров и ударная дегидратация минералов.

Ранее мы писали об этой из работ коллектива под руководством Кайзера, в которой его участникам удалось синтезировать воду при помощи протонов. Знания по теме астероидов можно проверить в нашем тесте «Строительный мусор Солнечной системы». Об одной из главных текущих миссий по изучению астероидов мы подробно пишем в рубрике «Приключения "Хаябусы-2"».

Тимур Кешелава

Источник: nplus1.ru