Гематит на Луне

Необычную находку на Луне позволили сделать архивные данные инструмента Moon Mineralogy Mapper, который работал на борту индийского орбитального аппарата Chandrayaan-1 в 2008-2009 годах. За 312 дней работы он предоставил столько данных, что их анализ продолжается до сих пор. На спутнике Земли найдено окисленное железо — минерал гематит, который на Земле нам знаком как руда или как одна из разновидностей окислов железа. Но как он мог образоваться на Луне, где нет ни атмосферы, ни большого количества свободного кислорода, который не связан с другими элементами в химических соединениях?

В самом деле в доставленных на Землю образцах лунной породы не было обнаружено соединений с сильно окисленным железом с валентностью +3 — Fe2O3. Кроме того, наша космическая соседка постоянно подвергается облучению протонами солнечного ветра, которые работают как препятствующий окислительным реакциям химический восстановитель. Таким образом, обнаружение в полярных областях Луны гематита стало для учёных неожиданностью.

Moon Mineralogy Mapper — это спектрометр, который составил первую полномасштабную спектральную карту распределения минералов на Луне. Именно благодаря ему в 2018 году в полярных областях Луны были уточнены залежи водяного льда. И новое открытие гематита в этих районах — заслуга той же команды исследователей из Гавайского Университета.

Интересно, что залежи гематита сконцентрированы на обращённых к экватору и на восточных склонах кратеров и гор. При этом на равнинной местности их почти нет. На видимой стороне Луны гематита больше, чем на обратной. По мнению учёных, на такое распределение минерала оказывает влияние несколько факторов.

Во-первых, кислород на Луну попадать всё-таки может. Его источник — верхние слои земной атмосферы, где кислород при помощи солнечного ветра покидает атмосферу и двигается в газовом «хвосте» планеты. Во время полнолуния наша космическая спутница находится относительно Солнца позади Земли и проходит через этот «хвост». При этом на ней возникают подходящие условия для окисления железа.

Во-вторых, полярные области Луны меньше подвержены действию солнечного ветра и излучения; на них попадает меньше водорода, который препятствует окислению. Это объясняется теми же причинами, по которым полярные области Земли холоднее тропиков.

В-третьих, окислению лунного железа может дополнительно способствовать наличие в полярных областях водяного льда. Попадание в поверхность Луны микрометеоритов перемешивает лунный лёд с реголитом, а тепло от столкновения приводит к его кратковременному нагреву и сублимации — испарению без жидкой фазы. В эти короткие моменты возможно окисление железа при взаимодействии с парами воды.

Миллиарды лет совместной работы этих факторов могли привести к текущему распределению гематита на Луне. Постепенно окисляясь унесённым с Земли кислородом железо восстанавливается протонами из солнечного ветра в экваториальных областях. Однако оно сохраняется окисленным и накапливается в полярных областях, где наличие льда ещё больше тому способствует.

Подтвердить это предположение можно будет лишь получив образцы лунного гематита. Изотопный состав кислорода в его составе расскажет, где находится его источник. Так что планируемые в ближайшем будущем экспедиции в полярные области Луны с возвратом образцов лунного грунта придутся очень кстати. Прежде всего это китайский аппарат Chang'e 6 и американская пилотируемая экспедиция Arthemis 3, которые совершат посадку в районе южного полюса Луны в 2024 году.

Источник: advances.sciencemag.org