Предыдущая публикация
Эксперимент НАСА показывает, что солнечный ветер может образовывать воду на Луне
С 1960-х годов учёные выдвигали гипотезу о том, что Солнце является источником веществ, из которых на Луне образуется вода. Согласно этой идее, когда поток заряженных частиц, известный как солнечный ветер, сталкивается с поверхностью Луны, он запускает химическую реакцию, в результате которой могут образовываться молекулы воды.Экспериментальное оборудование состоит из изготовленной на заказ вакуумной камеры, которая помещается в отсек для образцов спектрометра Nicolet iS50 FTIR. Внутри камеры над аксессуаром EasiDiff™ для измерения коэффициента отражения расположен ионный источник, который направляет инфракрасный свет на образец и отражает выходящие диффузно отражённые лучи в детектор MCT. Держатель образца оснащён нагревательным элементом, который можно регулировать по мере необходимости.
Источник: Журнал геофизических исследований:
Планеты (2025). DOI: 10.1029/2024JE008334
----------------
Теперь, проведя наиболее реалистичную лабораторную симуляцию этого процесса, исследователи под руководством НАСА подтвердили это предсказание.
Открытие, о котором исследователи написали в «Журнале геофизических исследований: Планеты» https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2024JE008334, имеет значение для операций астронавтов НАСА «Артемида» на Южном полюсе Луны. Считается, что большая часть воды на Луне, которая является важнейшим ресурсом для исследований, заморожена в постоянно затенённых областях на полюсах.
"Самое захватывающее здесь то, что только с лунным грунтом и основным компонентом солнца, который всегда выделяет водород, есть возможность создать воду", - говорит Ли Ся Йео, научный сотрудник Центра космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд. "Об этом невероятно думать", - сказал Йео, руководивший исследованием.
Солнечный ветер постоянно исходит от Солнца. Он состоит в основном из протонов, которые являются ядрами атомов водорода, потерявших свои электроны. Двигаясь со скоростью более 1 миллиона миль в час, солнечный ветер омывает всю Солнечную систему. Мы видим его проявления на Земле, когда он освещает наше небо полярными сияниями.
Большинство солнечных частиц не достигают поверхности Земли, потому что у нашей планеты есть магнитный щит и атмосфера, которые их отклоняют. Но у Луны такой защиты нет. Как показали компьютерные модели и лабораторные эксперименты, когда протоны врезаются в поверхность Луны, состоящую из пыльного и каменистого материала, называемого реголитом, они сталкиваются с электронами и рекомбинируют, образуя атомы водорода.
Затем атомы водорода могут перемещаться по поверхности Луны и соединяться с многочисленными атомами кислорода, уже присутствующими в минералах, таких как кремнезём, образуя молекулы гидроксида (OH), которые являются компонентом воды, и сами молекулы воды (H2O).
Ученые обнаружили следы как гидроксильных, так и водных молекул на поверхности Луны на глубине всего в несколько миллиметров. Эти молекулы оставляют своего рода химический след — заметное понижение волнистой линии на графике, который показывает, как свет взаимодействует с реголитом. Однако с помощью имеющихся инструментов трудно отличить гидроксильные молекулы от водных, поэтому ученые используют термин «вода» для обозначения либо одной, либо обеих молекул.
Многие исследователи считают, что солнечный ветер — основная причина появления этих молекул, хотя другие источники, такие как столкновения с микрометеоритами, также могли способствовать их появлению, создавая тепло и запуская химические реакции.
Измерения, проведённые космическими аппаратами, уже указывали на то, что солнечный ветер является основным источником воды или её компонентов на поверхности Луны. Одна из ключевых подсказок, подтверждённая экспериментом команды Йо: спектральный сигнал Луны, связанный с водой, меняется в течение дня.
В некоторых регионах сигнал сильнее в более прохладное утро и ослабевает по мере нагревания поверхности, вероятно, из-за того, что молекулы воды и водорода перемещаются или улетучиваются в космос. Когда поверхность снова остывает ночью, сигнал снова усиливается. Этот суточный цикл указывает на активный источник — скорее всего, солнечный ветер, — который каждый день пополняет запасы воды на Луне.
Чтобы проверить, так ли это, Йо и её коллега Джейсон Маклейн, научный сотрудник НАСА в Годдардовском центре, создали специальный аппарат для изучения лунных образцов, доставленных «Аполлоном». Впервые в этом аппарате были собраны все компоненты эксперимента: устройство для облучения солнечными частицами, безвоздушная камера, имитирующая лунную среду, и детектор молекул. Их изобретение позволило исследователям не вынимать образец из камеры, как это делалось в других экспериментах, и не подвергать его воздействию воды из воздуха.
Источник: Журнал геофизических исследований:
Планеты (2025). DOI: 10.1029/2024JE008334
----------------
Теперь, проведя наиболее реалистичную лабораторную симуляцию этого процесса, исследователи под руководством НАСА подтвердили это предсказание.
Открытие, о котором исследователи написали в «Журнале геофизических исследований: Планеты» https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2024JE008334, имеет значение для операций астронавтов НАСА «Артемида» на Южном полюсе Луны. Считается, что большая часть воды на Луне, которая является важнейшим ресурсом для исследований, заморожена в постоянно затенённых областях на полюсах.
"Самое захватывающее здесь то, что только с лунным грунтом и основным компонентом солнца, который всегда выделяет водород, есть возможность создать воду", - говорит Ли Ся Йео, научный сотрудник Центра космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд. "Об этом невероятно думать", - сказал Йео, руководивший исследованием.
Солнечный ветер постоянно исходит от Солнца. Он состоит в основном из протонов, которые являются ядрами атомов водорода, потерявших свои электроны. Двигаясь со скоростью более 1 миллиона миль в час, солнечный ветер омывает всю Солнечную систему. Мы видим его проявления на Земле, когда он освещает наше небо полярными сияниями.
Большинство солнечных частиц не достигают поверхности Земли, потому что у нашей планеты есть магнитный щит и атмосфера, которые их отклоняют. Но у Луны такой защиты нет. Как показали компьютерные модели и лабораторные эксперименты, когда протоны врезаются в поверхность Луны, состоящую из пыльного и каменистого материала, называемого реголитом, они сталкиваются с электронами и рекомбинируют, образуя атомы водорода.
Затем атомы водорода могут перемещаться по поверхности Луны и соединяться с многочисленными атомами кислорода, уже присутствующими в минералах, таких как кремнезём, образуя молекулы гидроксида (OH), которые являются компонентом воды, и сами молекулы воды (H2O).
Ученые обнаружили следы как гидроксильных, так и водных молекул на поверхности Луны на глубине всего в несколько миллиметров. Эти молекулы оставляют своего рода химический след — заметное понижение волнистой линии на графике, который показывает, как свет взаимодействует с реголитом. Однако с помощью имеющихся инструментов трудно отличить гидроксильные молекулы от водных, поэтому ученые используют термин «вода» для обозначения либо одной, либо обеих молекул.
Многие исследователи считают, что солнечный ветер — основная причина появления этих молекул, хотя другие источники, такие как столкновения с микрометеоритами, также могли способствовать их появлению, создавая тепло и запуская химические реакции.
Измерения, проведённые космическими аппаратами, уже указывали на то, что солнечный ветер является основным источником воды или её компонентов на поверхности Луны. Одна из ключевых подсказок, подтверждённая экспериментом команды Йо: спектральный сигнал Луны, связанный с водой, меняется в течение дня.
В некоторых регионах сигнал сильнее в более прохладное утро и ослабевает по мере нагревания поверхности, вероятно, из-за того, что молекулы воды и водорода перемещаются или улетучиваются в космос. Когда поверхность снова остывает ночью, сигнал снова усиливается. Этот суточный цикл указывает на активный источник — скорее всего, солнечный ветер, — который каждый день пополняет запасы воды на Луне.
Чтобы проверить, так ли это, Йо и её коллега Джейсон Маклейн, научный сотрудник НАСА в Годдардовском центре, создали специальный аппарат для изучения лунных образцов, доставленных «Аполлоном». Впервые в этом аппарате были собраны все компоненты эксперимента: устройство для облучения солнечными частицами, безвоздушная камера, имитирующая лунную среду, и детектор молекул. Их изобретение позволило исследователям не вынимать образец из камеры, как это делалось в других экспериментах, и не подвергать его воздействию воды из воздуха.
00:44
В 2016 году учёные обнаружили, что во время метеорных дождей с Луны испаряется вода. Когда частица кометного мусора падает на Луну, она испаряется при столкновении, создавая ударную волну в лунном грунте. При достаточно крупном столкновении эта ударная волна может пробить сухой верхний слой грунта и высвободить молекулы воды из увлажнённого слоя под ним. Космический аппарат НАСА LADEE обнаружил эти молекулы воды, когда они вошли в разреженную лунную атмосферу. Источник: Лаборатория концептуальных изображений Центра космических полётов Годдарда НАСА
-----------------
«Потребовалось много времени и множество итераций, чтобы спроектировать компоненты аппарата и разместить их внутри, — сказал Маклейн, — но оно того стоило, потому что, как только мы устранили все возможные источники загрязнения, мы узнали, что эта идея о солнечном ветре, которой уже несколько десятилетий, оказалась верной».
Используя пыль из двух разных образцов, собранных на Луне астронавтами «Аполлона-17» в 1972 году, Йо и её коллеги сначала высушили образцы, чтобы удалить всю возможную воду, которая могла попасть в них во время герметичного хранения в Центре хранения космических образцов НАСА в Космическом центре Джонсона в Хьюстоне и в лаборатории Годдарда. Затем они использовали крошечный ускоритель частиц, чтобы в течение нескольких дней бомбардировать пыль имитацией солнечного ветра — это эквивалентно 80 000 лет на Луне, исходя из высокой дозы используемых частиц.
Они использовали детектор под названием спектрометр, чтобы измерить, сколько света отражают молекулы пыли. Это показало, как химический состав образцов менялся с течением времени.
В итоге команда исследователей зафиксировала снижение светового сигнала, который отражался от их детектора, именно в той точке инфракрасного диапазона электромагнитного спектра — около 3 микрон, — где вода обычно поглощает энергию, оставляя характерный след.
-----------------
«Потребовалось много времени и множество итераций, чтобы спроектировать компоненты аппарата и разместить их внутри, — сказал Маклейн, — но оно того стоило, потому что, как только мы устранили все возможные источники загрязнения, мы узнали, что эта идея о солнечном ветре, которой уже несколько десятилетий, оказалась верной».
Используя пыль из двух разных образцов, собранных на Луне астронавтами «Аполлона-17» в 1972 году, Йо и её коллеги сначала высушили образцы, чтобы удалить всю возможную воду, которая могла попасть в них во время герметичного хранения в Центре хранения космических образцов НАСА в Космическом центре Джонсона в Хьюстоне и в лаборатории Годдарда. Затем они использовали крошечный ускоритель частиц, чтобы в течение нескольких дней бомбардировать пыль имитацией солнечного ветра — это эквивалентно 80 000 лет на Луне, исходя из высокой дозы используемых частиц.
Они использовали детектор под названием спектрометр, чтобы измерить, сколько света отражают молекулы пыли. Это показало, как химический состав образцов менялся с течением времени.
В итоге команда исследователей зафиксировала снижение светового сигнала, который отражался от их детектора, именно в той точке инфракрасного диапазона электромагнитного спектра — около 3 микрон, — где вода обычно поглощает энергию, оставляя характерный след.
Хотя исследователи не могут со 100% уверенностью сказать, что в ходе их эксперимента были получены молекулы воды, в своём исследовании они сообщили, что форма и ширина провала на волнистой линии на их графике позволяют предположить, что в лунных образцах были получены как гидроксилы, так и вода.
#вода
#вода
Следующая публикация
Нет комментариев