Наша планета — это голубой шар в космосе, и ее цвет — символ уникальности, следствие огромного объема воды, покрывающим поверхность. Откуда же взялись океаны, ставшие колыбелью жизни? Долгое время одна из ведущих гипотез утверждала, что воду на молодую Землю занесли «космические курьеры» — богатые летучими веществами астероиды и кометы, бомбардировавшие планету на поздних этапах ее формирования. Однако новое исследование, опирающееся на свидетеля древнейших событий — Луну, — ставит под серьезное сомнение эту картину доставки воды «с небес». Анализ лунного грунта показал, что даже за четыре миллиарда лет непрерывных ударов метеориты принесли бы на Землю лишь «каплю в море». Это открытие заставляет нас вновь искать ответ на фундаментальный вопрос: если не поздние метеориты, то что же наполнило земные океаны?
Исследование, проведенное учеными из Ассоциации космических исследований университетов (USRA) и Университета Нью-Мексико под руководством доктора Тони Гаргано, опубликованное в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, совершило концептуальный прорыв в методике изучения лунной истории. Ранее для оценки масштабов древней бомбардировки ученые пытались анализировать в реголите так называемые сидерофильные элементы (например, иридий или платину), которые в избытке содержатся в метеоритах, но скудны в лунных породах. Однако лунный грунт — это крайне сложный «архив», где материал многократно плавился, испарялся и перемешивался от ударов, что сильно искажало картину.
В новом подходе ученые отказались от поиска «металлических» следов в пользу анализа самого распространенного элемента — кислорода, а точнее, тонких вариаций в соотношении трех его стабильных изотопов (¹⁶O, ¹⁷O, ¹⁸O). Этот изотопный «отпечаток пальца» позволил ученым разделить два ключевых сигнала, обычно переплетенных в реголите: 1) непосредственное добавление материала астероида и 2) изменения в изотопном составе, вызванные испарением породы при чудовищном ударе. Высокоточные измерения образцов «Аполлона» показали, что как минимум около 1% массы лунного реголитового слоя составляет вещество, привнесенное ударными телами, которое лучше всего соответствует углеродистым хондритам — метеоритам, способным нести некоторое количество воды.
Это открытие позволило количественно оценить суммарный приток вещества на Луну за последние четыре миллиарда лет. Пересчитав эту величину в потенциальный объем доставленной воды и экстраполировав данные на Землю (с учетом того, что наша планета из-за большей гравитации и размера должна была притягивать значительно больше астероидов), ученые пришли к красноречивому выводу. Даже при максимально благоприятных допущениях — что все падавшие тела были богаты водой, а Земля подвергалась бомбардировке в десятки раз интенсивнее Луны — суммарный вклад таких поздних метеоритов составил бы лишь несколько процентов от объема современного Мирового океана.
Таким образом, лунный реголит, выступая в роли космического хронометра, устанавливает жесткий верхний предел для гипотезы о метеоритном источнике земной воды. Это не означает, что астероиды и кометы вообще не приносили воду — они, несомненно, вносили свой вклад. Однако данное исследование убедительно показывает, что они не могли быть доминирующим поставщиком. Основные запасы земной воды, по-видимому, были доставлены иным путем и на более ранней, до-лунной стадии формирования планеты — возможно, с материалами, которые составляли саму прото-Землю, или с гипотетическими объектами, существовавшими во внутренней части молодой Солнечной системы.
Работа имеет далеко идущие последствия. Она перенаправляет поиск источников земной воды в раннюю, хаотическую эпоху планетообразования, делая акцент на процессах аккреции и доставке летучих веществ еще до гигантского столкновения, породившего Луну. Кроме того, она подчеркивает неоценимую роль Луны как уникальной природной лаборатории для понимания истории Земли. Как отметил доктор Гаргано, Луна дает «истину — реальный материал, который мы можем измерить», позволяя калибровать наши модели и проверять гипотезы.
Парадоксально, но тот же ничтожный по земным меркам приток воды на Луну, как подчеркивают авторы, может иметь огромное практическое значение для будущего освоения космоса. Для Луны даже мизерные количества воды, сосредоточенные в холодных ловушках у полюсов, представляют собой стратегически важный ресурс для обеспечения жизни, производства ракетного топлива и защиты. Долгая история микропоставок, не способная «напоить» Землю, могла создать существенные для лунной колонии запасы.
В конечном счете, это исследование — яркий пример научной преемственности. Оно отвечает на вопросы, поставленные полвека назад программой «Аполлон», используя современные аналитические методы, и приближает нас к пониманию фундаментальной загадки: как и почему наша планета стала тем живым, голубым миром, каким мы его знаем.