Для утворення іржі заліза потрібен кисень. Тому, коли вчені виявили, що гематит широко поширився у високих широтах Місяця, вони були здивовані. Як це сталося?
Нове дослідження припускає, що кисень із Землі може відігравати роль у іржавінні Місяця.
Гематит, також пишеться гематит, є оксидом заліза з формулою Fe2O3. Він поширений на Землі і є основною залізною рудою, що видобувається шляхом видобутку. Він утворюється тільки в присутності кисню.
Утворення гематиту на Місяці малоймовірне. Там немає кисню, про який можна говорити, тому залізо не може окислюватися і утворювати гематит. Мало того, місячна поверхня повністю піддається впливу водню сонячного вітру, який активно протидіє окисленню. Отже, що відбувається?
«Мені було цікаво, чи можливо, що на Місяці спостерігаються водно-кам’яні реакції».
Шуай Лі, провідний автор, Гавайський університет
Нове дослідження припускає, що джерелом кисню для місячного гематиту є атмосфера Землі. Стаття має назву « Поширений гематит у високих широтах Місяця ». Провідний автор — Шуай Лі, асистент дослідника Гавайського інституту геофізики та планетології (HIGP) Гавайського університету в Школі океану та науки та технологій М’ноа (SOEST). Стаття опублікована в журналі Science Advances.
«Наша гіпотеза полягає в тому, що місячний гематит утворюється в результаті окислення заліза на місячній поверхні киснем з верхніх шарів атмосфери Землі, який безперервно видувається на поверхню Місяця сонячним вітром, коли Місяць знаходиться в хвості магніту Землі протягом останніх кількох мільярдів років», Лі сказав в а прес-реліз .
«Земля, можливо, зіграла важливу роль в еволюції поверхні Місяця».
Шуай Лі, провідний автор, Гавайський університет
Ці результати є результатом співпраці між NASA та ISRO, Індійською організацією космічних досліджень. У 2008 році ISRO запустив їх Чандраян-1 місячний орбітальний апарат. Місія тривала лише 10 місяців із очікуваних двох років, але вона все одно зібрала значну кількість наукових даних. Поряд з усіма своїми індійськими науковими приладами, орбітальний апарат також мав шість інших інструментів з інших організацій і країн.
NASA сприяло Місячний мінералогічний картограф , або М3. Це був спектрометр, призначений для відображення мінералогії місячної поверхні. Це був перший інструмент, який забезпечував зображення мінералів на поверхні Місяця з високою роздільною здатністю. Це нове дослідження багато в чому базується на цих даних.
«Коли я досліджував дані M3 у полярних областях, я виявив, що деякі спектральні особливості та закономірності відрізняються від тих, які ми бачимо на нижчих широтах або зразках Apollo», — сказав Лі. «Мені було цікаво, чи можливо, що на Місяці відбуваються водно-гірські реакції. Після місяців розслідування я зрозумів, що бачу ознаки гематиту».
Попередні дослідження Місяця Лі також сприяли цьому відкриттю. Ще в 2018 році Лі був провідним автором статті, в якій повідомлялося про відкриття водяного льоду на Місяці. Це дослідження було засноване на даних M3 і на даних з Lunar Reconnaissance Orbiter LOLA, Lunar Orbiter Laser Altimeter.
Зображення з дослідження 2018 року, що показує відкладення водяного льоду на Місяці. Авторство зображення: Li et al, 2020.
У цьому новому дослідженні Лі та його колеги виявили, що концентрації гематиту сильно корелюють з відкладеннями водяного льоду. Гематит також більшою мірою зосереджений на ближній стороні Місяця, яка завжди звернена до Землі.
Це зображення з дослідження являє собою карту гематиту на Місяці. Більш червоний колір означає більше гематиту. Авторство: Шуай Лі
«Це відкриття змінить наші знання про полярні регіони Місяця», — сказав Лі. «Земля, можливо, зіграла важливу роль в еволюції поверхні Місяця».
Тут відіграють роль деякі інші попередні дослідження. Японська місія (JAXA) Kaguya, також відома як SELENE (Selenological and Engineering Explorer), була місячним орбітальним апаратом, запущеним у 2007 році і обертався навколо Місяця протягом року і восьми місяців.
Місія Кагуї полягала в тому, щоб вивчити геологію Місяця, його походження, його поверхневе середовище та його гравітаційне поле. Але він також знайшов докази існування кисню в атмосфері Землі перевезений на Місяць . Протягом п’яти днів на кожній з орбіт Місяця він захищений від сонячного вітру магнітосферою Землі. За цей час кисень здатний переміщатися з атмосфери Землі на поверхню Місяця.
Ця цифра взята з статті 2017 року, яка показує, як кисень Землі транспортується на Місяць протягом п’яти днів на кожній місячній орбіті. Квадрати представляють положення космічного корабля Кагуя. Авторство зображення: Терада та ін, 2017.
«Більше гематиту біля Місяця свідчить про те, що він може бути пов’язаний із Землею», – сказав Лі. «Це нагадало мені відкриття японської місії Кагуя, що кисень із верхніх шарів атмосфери Землі може виноситися на поверхню Місяця сонячним вітром, коли Місяць знаходиться в хвості магніту Землі. Таким чином, атмосферний кисень Землі може бути основним окислювачем для утворення гематиту. Вплив води та міжпланетного пилу також міг зіграти важливу роль».
Хоча концентрація гематиту була значно більшою на ближній стороні Місяця, на дальній стороні Місяця все ще було. Причини цього досі неясні, хоча Лі каже, що це може пролити світло на утворення гематиту на астероїдах.
«Цікаво, що гематит не зовсім відсутній на дальній стороні Місяця, куди кисень Землі, можливо, ніколи не досягав, хоча було помічено набагато менше опромінення», – додав Лі. «Крихітна кількість води (< ~0.1 wt. percent) observed at lunar high latitudes may have been substantially involved in the hematite formation process on the lunar far-side, which has important implications for interpreting the спостерігав гематит на деяких бідних водою астероїдах S-типу '.
Цей малюнок із дослідження показує спектри М3 гематитових відкладень. Червона та синя лінії представляють різні способи інтерпретації даних, тоді як чорна лінія є лабораторним вимірюванням для порівняння. Авторство зображення: Li et al, 2020.
Якщо це дослідження правильне, це означає, що відкладення гематиту можуть містити життєво важливі ключі до історії Землі. Якщо гематит зберігається в ударних кратерах різного віку, то ці поклади будуть містити різні ізотопи кисню з різних періодів геологічного минулого Землі. Якщо майбутні місії, такі як Artemis, зможуть збирати зразки з цих кратерів, вчені можуть багато чого навчитися. Це могло б не тільки підтвердити вірність гіпотези Лі, але й пролити нове світло на історію Землі.
Як пишуть автори у своїй статті, «гематит, що утворився в кратерах різного віку на сусідній стороні Місяця, може зафіксувати кисневі сигнатури атмосфери Землі за останні ~2,4 мільярда років. Вимірювання ізотопів під час впливу гематиту може виявити еволюцію атмосфери Землі за останні мільярди років».
Лі та його колеги також кажуть, що ці поклади гематиту можуть стати важливим ресурсом на місці в майбутньому. «Припускається, що місячні полярні області відносно бідні залізом. Таким чином, наш картований гематит може бути важливим ресурсом in situ для отримання залізного металу».
Більше:
- Прес-реліз: Чи заржавів земний кисень Місяць протягом мільярдів років?
- Нове дослідження: Поширений гематит у високих широтах Місяця
- Всесвіт сьогодні: Місяць може бути більш багатим на метали, ніж ми думали
