Создана первая глобальная карта лунного водорода

Используя данные, собранные более двух десятилетий назад, ученые из Лаборатории прикладной физики Джона Хопкинса (APL) в Лореле, штат Мэриленд, составили первую полную карту содержания водорода на поверхности Луны. На карте идентифицированы два типа лунных материалов, содержащих обогащенный водород, что подтверждает предыдущие представления о лунном водороде и воде, в том числе заключение о том, что вода возможно сыграла роль в первоначальном формировании и затвердевании магматического океана на Луне.

Дэвид Лоуренс, Патрик Пепловски и Джек Уилсон из APL, вместе с Риком Элфиком из Исследовательского центра Эймса НАСА, использовали для построения своей карты данные об орбитальных нейтронах миссии Lunar Prospector. Зонд, который был развернут НАСА в 1998 году, вращался на орбите Луны полтора года и отправил первые прямые доказательства повышенного содержания водорода на лунных полюсах, прежде чем столкнуться с лунной поверхностью.

Когда звезда взрывается, она испускает космические лучи или высокоэнергетические протоны и нейтроны, которые движутся в пространстве почти со скоростью света. Когда эти космические лучи вступают в контакт с поверхностью планеты или луны, они разбивают атомы, находящиеся на этих телах, отправляя в полет протоны и нейтроны. Ученые могут идентифицировать элемент и определить, где и в каком количестве он существует, изучая движение этих протонов и нейтронов.

«Представьте, что вы играете в бильярд, где биток — это нейтроны, а бильярдные шары — водород», — объясняет Лоуренс. «Когда вы ударяете битком по бильярдному шару, биток перестает двигаться, а бильярдный шар приходит в движение, потому что оба объекта имеют одинаковую массу. Точно так же, когда нейтрон вступает в контакт с водородом, он умирает и перестает двигаться, а водород приходит в движение. Поэтому, когда мы видим меньшее количество движущихся нейтронов, это указывает на то, что присутствует водород».

Команда откалибровала данные для количественной оценки количества водорода по соответствующему уменьшению количества нейтронов, измеренному нейтронным спектрометром, одним из пяти инструментов, установленных на Lunar Prospector для составления гравитационных и композиционных карт Луны. Результаты были опубликованы в журнале Journal of Geophysical Research: Planets.

«Мы смогли объединить данные образцов лунного грунта из миссий «Аполлон» с тем, что мы измерили из космоса, и впервые составили полную картину лунного водорода», — продолжил Лоуренс.

Карта, созданная командой, подтверждает повышенное содержание водорода в двух типах лунных материалов. Первый – крупнейшее пирокластическое месторождение Луны, находящееся на плато Аристарх. Эти месторождения представляют собой фрагменты горных пород, извергнутых вулканами, что подтверждает предыдущие наблюдения о том, что водород и/или вода сыграли роль в лунных магматических событиях. Второй – породы типа KREEP. KREEP — это аббревиатура лунной лавовой породы, обозначающая калий (K), редкоземельные элементы (REE) и фосфор (P).

«Общепризнано, что Луна первоначально сформировалась из расплавленных обломков от огромного столкновения с Землей», — сказал Лоуренс. «По мере охлаждения из расплава образовывались минералы, и считается, что KREEP является последним типом материала, который кристаллизуется и затвердевает».

Лоуренс был частью первоначальной команды, изучавшей первые данные миссии Lunar Prospector в 1998 году. Он заявил, что на создание полной карты ближайшего соседа Земли потребовалось значительное время.

«Завершение анализа заняло несколько лет,» — сказал Лоуренс. «По мере того, как мы разбирали полученное, мы начали вносить поправки в данные, которые, как выяснилось, не являлись водородом. Мы вернулись и доработали предыдущие анализы, и в значительной степени смогли сделать это благодаря открытиям, полученным в других миссиях. Мы всегда отталкиваемся от предыдущих знаний и, тем самым, прокладываем дорогу к новым».

Эта новая карта не только завершает инвентаризацию водорода на Луне, но также может привести к количественной оценке водорода и воды на момент зарождения Луны. В 2013 году исследователи APL также подтвердили наличие водяного льда на полюсах планеты Меркурий, используя данные нейтронного спектрометра на космическом корабле MESSENGER, построенном APL. Эти открытия важны не только для понимания Солнечной системы, но и для планирования ее будущих исследований человечеством.

(Добавил: ProM)