Геохимики впервые измерили глубину проникновения солнечного ветра в лунные минералы

Ученые из лаборатории геохимии Луны и планет ГЕОХИ РАН вместе с коллегами из других научных центров выяснили, как глубоко ионы водорода из солнечного ветра проникают в минералы лунного грунта. Впервые были получены точные значения для синтетических кварца и оливина: 810 и 620 ангстрем соответственно. Результаты этого экспериментального исследования опубликованы в журнале Moscow University Physics Bulletin.

Лунная поверхность, лишенная атмосферы и магнитного поля, на протяжении миллиардов лет находится под непрерывным обстрелом потоков заряженных частиц, которые испускает Солнце. Этот поток, известный как солнечный ветер, состоит в основном из ядер водорода — ионов. Сталкиваясь с поверхностным слоем лунного реголита, эти частицы внедряются в кристаллические решетки минералов, оставляя там свой след. Этот процесс крайне важен, потому что именно так на Луне образуются летучие соединения, включая воду и гидроксильные группы. А вода, как известно, это не только ключ к возможному существованию жизни, но и ценнейший ресурс для будущих лунных станций, позволяющий получать кислород и топливо прямо на месте.

Однако до недавнего времени оставался открытым вопрос: на какую именно глубину проникают эти ионы и зависит ли эта глубина от того, с каким минералом мы имеем дело? Ведь лунный грунт неоднороден, в нем присутствуют разные породообразующие минералы, каждый со своей плотностью и атомной упаковкой. Чтобы ответить на этот вопрос, российские исследователи провели серию лабораторных экспериментов. Они взяли синтетические монокристаллы кварца и оливина, двух распространенных минералов, встречающихся на Луне, и облучили их молекулами водорода с энергией 5 килоэлектронвольт. Именно такая энергия характерна для частиц солнечного ветра. Доза облучения была подобрана так, чтобы имитировать естественные условия.

В результате ученые впервые с высокой точностью измерили глубину внедрения ионов. Для кварца она составила 810 ангстрем, а для оливина 620 ангстрем. Один ангстрем — это одна десятимиллиардная доля метра, то есть речь идет о толще буквально в несколько сотен атомных слоев. Разница между минералами объясняется просто: у оливина кристаллическая структура более плотная и упакованная, чем у кварца, поэтому частицам водорода труднее проникнуть глубоко внутрь.

Важно, что полученные экспериментальные данные, после поправки на эффект распыления поверхности при бомбардировке, почти идеально совпали с теоретическими расчетами, сделанными с помощью специальных компьютерных программ. Это означает, что теперь у планетологов есть надежный инструмент для прогнозирования поведения водорода в любом другом минерале на основе его плотности и состава.

Эти результаты имеют не только академическое значение. Они помогают понять, как именно происходит космическое выветривание, постоянное изменение свойств поверхности под действием радиации и ударов микрометеоритов. А главное, новые данные приближают создание детальных геохимических карт лунных ресурсов.

Если разные минералы по-разному удерживают водород, а значит, и воду, то, зная минеральный состав того или иного района Луны, можно оценить, где запасы летучих веществ наиболее богаты. Ранее те же исследователи уже показали, что, например, ильменит и плагиоклаз ведут себя неодинаково по отношению к гелию. Теперь картина дополняется водородом, что делает ресурсное районирование Луны более полным и достоверным.

Таким образом, российские ученые впервые точно измерили глубину внедрения солнечного водорода в кварц и оливин, подтвердив, что этот параметр сильно зависит от типа минерала. Их работа закладывает основу для более точных моделей накопления воды на Луне и помогает определить наиболее перспективные районы для поиска ресурсов, необходимых для освоения нашего естественного спутника.

Присоединяйтесь к нам в соцсетях