Команда из Калифорнийского университета в Сан-Диего помогла определить источники воды на Луне, работая с миссией NASA Artemis в ее стремлении исследовать и колонизировать Луну. Проанализировав лунные породы, они выяснили, что большая часть воды на Луне либо местная, либо получена в результате столкновения с кометами. Это опровергает идею о том, что главную роль в этом сыграл солнечный ветер.

Когда человечество смотрит в будущее за пределами Земли, на Луне, Марсе и других планетах, одной из самых больших проблем становится обеспечение самого необходимого для выживания: кислорода, пищи и воды.

Ученые знают, что на Луне есть вода, но точное определение ее местонахождения имеет решающее значение. Скрыта ли она в кратерах, заперта в постоянно затененных областях или сосредоточена на полюсах? Выявление ее источников является ключевым фактором для обеспечения долгосрочного проживания на Луне, что до сих пор относилось к области научной фантастики.

Исследователи из Калифорнийского университета пытаются изменить эту ситуацию, помогая направлять будущие космические миссии. В том числе программу NASA Artemis, цель которой — изучение Луны и в конечном счете создание на ней обитаемой среды.

Их исследование, опубликованное журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) под названием «Вода на Луне и Марсе», может послужить планом для освоения Луны.

Среди ученых, принявших участие в этом исследовании, отец и сын — Марк Тименс, заслуженный профессор химии и биохимии, и Максвелл Тименс, научный сотрудник Врийского университета Брюсселя и выпускник Скриппсовского института океанографии. Их работа приближает к пониманию источников воды на Луне, что является важнейшим шагом для ее освоения в долгосрочной перспективе.

В 1967 году нобелевский лауреат Гарольд Урей и Джеймс Арнольд — оба преподаватели химического факультета Калифорнийского университета в Сан-Диего — одними из первых получили лунные образцы «Аполлона-11». Урей был одним из первых ученых, предположивших, что на Луне есть вода, особенно в постоянно затененных областях лунных полюсов. Сегодня ученые считают, что вода на ней появилась из одного из трех источников:

• сама Луна;
• солнечные ветры (когда водород с Солнца вступает в реакцию с кислородом при высокой энергии на Луне и, вероятно, на Марсе, образуя воду);
• осаждение (из ледяных комет, упавших на лунную поверхность).

На Земле человеческие цивилизации часто возникают вблизи водоемов, и в космосе все будет не иначе. На Луне важно знать происхождение источников воды, потому что это поможет астронавтам сориентироваться, где разумнее всего создавать базы и места обитания.

Чтобы узнать о происхождении воды на Луне, Морган Нанн Мартинес извлек небольшое количество воды из лунных пород, собранных во время полета «Аполлона-9» в 1969 году. Получение воды из камня может показаться неправдоподобным, но это возможно благодаря «термическому высвобождению», когда лунные образцы нагревались до 50°C, 150°C и 1000°C. Как оказалось, эти породы были «влажными».

При самых низких температурах высвобождаются легкосвязанные молекулы воды, которые прикреплены к другим молекулам (в данном случае лунной породы) посредством слабого притяжения. При температуре 1000°C высвобождались прочно связанные молекулы воды, которые более глубоко проникли в породу.

В ходе этого процесса молекулы воды в виде газа собираются, а затем очищаются так, что остается только кислород. Затем команда измерила состав трех различных изотопов кислорода.

Изотопы — это атомы одного и того же элемента с разным количеством нейтронов, что изменяет их массу: чем больше нейтронов, тем тяжелее атом. Такие измерения особенно полезны для определения происхождения и возраста вещества.

Как у людей есть уникальные отпечатки пальцев, так и у астрономических объектов, таких как кометы и Солнце, есть уникальные подписи. Ученые могут взглянуть на измерения изотопов кислорода и определить происхождение воды.

Полученные данные показали, что большая часть лунной воды, скорее всего, образовалась из самой Луны или в результате столкновения с кометой. Вопреки распространенному мнению, солнечные ветры не внесли существенного вклада в запасы воды на Луне.

«Самое приятное в этом исследовании то, что мы используем самые современные научные измерения, и оно подтверждает здравые идеи о лунной воде, — большая ее часть была там с самого начала, а еще больше добавилось в результате столкновения с ледяными кометами, — заявил Максвелл Тименс. — Более сложный метод получения воды из солнечного ветра, похоже, не был столь продуктивным».

Хотя это и не главное направление работы, исследователи также измерили образцы с Марса. Если программа NASA Artemis сможет успешно колонизировать людей на Луне, это станет хорошим предзнаменованием для конечной миссии по заселению Марса.

«Подобная работа еще не проводилась, и мы считаем, что она может дать NASA несколько ценных подсказок о том, где на Луне находится вода, — заявил Марк Тименс. — Настоящая цель Artemis — добраться до Марса. Наше исследование показывает, что на нем, скорее всего, воды не меньше, чем на Луне, а может, больше».

Обнаружение воды — это только первый шаг. Чтобы извлечь ее из лунных пород и почвы в количествах, достаточных для поддержания жизни, потребуются дальнейшие технологические достижения и открытия.

Марсоход Curiosity от NASA исследует Марс с 2012 года и недавно обнаружил доказательства существования на поверхности древних прудов и озер, свободных ото льда. Он выявил небольшие неровности, похожие на те, что можно увидеть на песчаных ложах озер на Земле.