Учёные объяснили, как «космическая погода» формирует структуру лунного грунта и повышает содержание железа в реголите
Лунная поверхность непрерывно подвергается воздействию микрометеоритов и солнечного ветра при отсутствие плотной атмосферы. Эти процессы, известные как космическое выветривание, постепенно изменяют химический и физический состав реголита — слоя пыли и обломков, покрывающего Луну.
Новое понимание этих процессов получено благодаря двум исследованиям, основанным на образцах, доставленных миссией Chang’e-5, выполненной Китайской национальной космической администрацией (CNSA). Учёные из Китайской академии наук и Пекинского университета применили электронную томографию и спектроскопические методы для анализа микроскопических включений в ударном стекле — каплях лунного грунта, мгновенно расплавленных при столкновениях с метеоритами и затем быстро застывших в вакууме.
Одним из ключевых результатов стало обнаружение явления, называемого несмешиваемостью силикатного расплава. При мгновенном плавлении материала удара в нём происходит разделение фаз: богатые железом нанокапли отделяются от силикатной жидкости, подобно тому, как разделяются масло и уксус в заправке. При быстром охлаждении эти структуры фиксируются в исходном состоянии, сохраняя следы экстремальных процессов.
Иллюстрация: Xinhua / Jin LiwangВ исследовании, опубликованном в журнале JGR: Planets, показано, что такие ударные процессы не просто плавят породу, а запускают сложные химические реакции, приводящие к формированию железных включений.
Авторы второго исследования, опубликованного в Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), пошли дальше и реконструировали трёхмерную структуру распределения железа внутри микроскопических фрагментов ударного стекла. В одном небольшом объёме материала было выявлено более 1500 наночастиц железа со средним размером около 3,4 нанометра, распределённых по нескольким слоям с различной химической историей.
Учёные выделили по крайней мере три зоны: слой с серосодержащими более крупными частицами, слой с высокой концентрацией наночастиц, образованных в результате редокс-реакций при экстремальном нагреве, и внешний слой, заметно изменённый воздействием солнечного ветра. По оценкам авторов, в отдельных участках зрелого ударного стекла доля металлического железа может достигать 30%.
Эти результаты помогают объяснить наблюдаемое потемнение и «покраснение» зрелых участков лунной поверхности, фиксируемое дистанционными наблюдениями. Более того, они имеют прямое значение для будущих программ освоения Луны: содержание железа в некоторых участках реголита может достигать до 7,1%, что значительно выше прежних оценок и потенциально важно для технологий использования местных ресурсов.
Исследователи также отмечают, что дальнейший анализ образцов миссий Chang’e-6 и будущих миссий программы Artemis может уточнить, насколько универсальны выявленные механизмы формирования нанофаз железа и как они влияют на долгосрочную эволюцию лунной поверхности.
© iXBT
