Предыдущая публикация
Загадочная лунная ржавчина объясняется наличием кислорода, поступающего с «земного ветра»
В 2020 году учёные сообщили об обнаружении гематита, минерала из оксида железа, также известного как ржавчина, в высоких широтах Луны, особенно на её ближней стороне. Это стало неожиданностью, учитывая низкую концентрацию кислорода, необходимого для образования ржавчины, на Луне.Исследователи выдвинули несколько теорий, объясняющих происхождение кислорода в лунной ржавчине, в том числе дегазацию летучих веществ из лунной магмы, астероидов, комет или в результате крупных столкновений.
Химические и микроструктурные характеристики облученного кислородом магнетита (Mag) после имплантации водорода. Источник: Письма о геофизических исследованиях (2025). DOI: 10.1029/2025gl116170
--------------
Однако единственным объяснением, которое могло бы объяснить характер распределения гематита, было то, что ионы кислорода переносились на Луну магнитосферой Земли. Это происходит в течение примерно пяти дней в месяц, когда Земля находится между Солнцем и Луной, что позволяет частицам её атмосферы попадать на поверхность Луны. Это явление называется «земным ветром». В остальное время Луна подвергается воздействию низкоэнергетических ионов водорода из солнечного ветра.
Группа учёных недавно представила дополнительные доказательства в поддержку этой теории. В исследовании, опубликованном в журнале Geophysical Research Letters, проверялась гипотеза о том, что гематит может образовываться под воздействием земного ветра. Для этого была проведена серия лабораторных экспериментов, имитирующих условия на поверхности Луны. Команда учёных облучала различные железосодержащие минералы, найденные на Луне, кислородом и водородом с энергиями, характерными для частиц земного ветра, а также ионами водорода, подобными тем, что содержатся в солнечном ветре.
Результаты показали, что ионы кислорода, аналогичные тем, что содержатся в земном ветре, могут окислять металлическое железо, сульфид железа и ильменит, содержащиеся в лунном реголите, с образованием гематита.
«Хотя эти железосодержащие минералы могут встречаться в лунном реголите в виде микрочастиц или мелких кристаллов, они могут подвергаться прямому окислению под воздействием земного ветра. Образующийся гематит на внешней поверхности частиц реголита легко обнаружить с помощью оптической спектрометрии», — объясняют авторы исследования.
Исследователи также хотели выяснить, смогут ли ионы водорода восстановить гематит до металлического железа. Для этого они облучали гематит как высокоэнергетическим водородом, имитирующим водород в составе солнечного ветра, так и низкоэнергетическими ионами водорода, подобными тем, что исходят от Солнца.
Результаты показали, что высокоэнергетические ионы водорода способны восстанавливать гематит до металлического железа, в то время как низкоэнергетические ионы водорода практически неэффективны. По словам учёных, удержание гематита на поверхности Луны зависит как от энергии, так и от относительного соотношения потоков ионов кислорода и водорода в земном ветре.
«Удержание и преимущественное распределение гематита в высокоширотных регионах требуют тщательного изучения. Хотя поверхность Луны за пределами магнитосферы Земли постоянно подвергается бомбардировке протонами солнечного ветра, поток которых примерно в 100 раз выше, чем поток частиц в земном ветре, наши эксперименты по имплантации низкоэнергетического водорода демонстрируют ограниченную эффективность восстановления из-за небольшой глубины проникновения, которая не охватывает полностью окисленную область. Напротив, протоны с более высокой энергией проникают полностью, обеспечивая более тщательное восстановление», — пишут авторы.
В целом исследование убедительно подтверждает теорию о земном ветре. Однако лабораторные условия не могут в полной мере воспроизвести сложную лунную среду. Авторы исследования предполагают, что будущие миссии на Луну и моделирование взаимодействия ионов земного ветра помогут лучше понять, как происходят эти реакции.
--------------
Однако единственным объяснением, которое могло бы объяснить характер распределения гематита, было то, что ионы кислорода переносились на Луну магнитосферой Земли. Это происходит в течение примерно пяти дней в месяц, когда Земля находится между Солнцем и Луной, что позволяет частицам её атмосферы попадать на поверхность Луны. Это явление называется «земным ветром». В остальное время Луна подвергается воздействию низкоэнергетических ионов водорода из солнечного ветра.
Группа учёных недавно представила дополнительные доказательства в поддержку этой теории. В исследовании, опубликованном в журнале Geophysical Research Letters, проверялась гипотеза о том, что гематит может образовываться под воздействием земного ветра. Для этого была проведена серия лабораторных экспериментов, имитирующих условия на поверхности Луны. Команда учёных облучала различные железосодержащие минералы, найденные на Луне, кислородом и водородом с энергиями, характерными для частиц земного ветра, а также ионами водорода, подобными тем, что содержатся в солнечном ветре.
Результаты показали, что ионы кислорода, аналогичные тем, что содержатся в земном ветре, могут окислять металлическое железо, сульфид железа и ильменит, содержащиеся в лунном реголите, с образованием гематита.
«Хотя эти железосодержащие минералы могут встречаться в лунном реголите в виде микрочастиц или мелких кристаллов, они могут подвергаться прямому окислению под воздействием земного ветра. Образующийся гематит на внешней поверхности частиц реголита легко обнаружить с помощью оптической спектрометрии», — объясняют авторы исследования.
Исследователи также хотели выяснить, смогут ли ионы водорода восстановить гематит до металлического железа. Для этого они облучали гематит как высокоэнергетическим водородом, имитирующим водород в составе солнечного ветра, так и низкоэнергетическими ионами водорода, подобными тем, что исходят от Солнца.
Результаты показали, что высокоэнергетические ионы водорода способны восстанавливать гематит до металлического железа, в то время как низкоэнергетические ионы водорода практически неэффективны. По словам учёных, удержание гематита на поверхности Луны зависит как от энергии, так и от относительного соотношения потоков ионов кислорода и водорода в земном ветре.
«Удержание и преимущественное распределение гематита в высокоширотных регионах требуют тщательного изучения. Хотя поверхность Луны за пределами магнитосферы Земли постоянно подвергается бомбардировке протонами солнечного ветра, поток которых примерно в 100 раз выше, чем поток частиц в земном ветре, наши эксперименты по имплантации низкоэнергетического водорода демонстрируют ограниченную эффективность восстановления из-за небольшой глубины проникновения, которая не охватывает полностью окисленную область. Напротив, протоны с более высокой энергией проникают полностью, обеспечивая более тщательное восстановление», — пишут авторы.
В целом исследование убедительно подтверждает теорию о земном ветре. Однако лабораторные условия не могут в полной мере воспроизвести сложную лунную среду. Авторы исследования предполагают, что будущие миссии на Луну и моделирование взаимодействия ионов земного ветра помогут лучше понять, как происходят эти реакции.
Следующая публикация
Нет комментариев