Инфракрасное зондирование показало изотопный состав воды на Луне
На Луне мало просто обнаружить воду. Ученым важно понять, какая именно она — и теперь искать ее помогут «спектральные отпечатки» минерала анортита.
Дмитрий ПавловАвтор Hi-Tech Mail
Российские ученые предложили уточнить поиск воды на Луне с помощью инфракрасного анализа анортита — одного из главных минералов лунных пород. Исследование провели сотрудники лаборатории геохимии углерода имени Галимова Института геохимии и аналитической химии имени Вернадского (ГЕОХИ РАН). Результаты опубликованы в журнале «Астрономический Вестник» / Solar System Research.
Анортит, или кальциевый плагиоклаз, особенно важен для изучения Луны: он входит в состав континентальной коры, покрывающей более 70% ее поверхности. Ученые выясняли, как меняются инфракрасные спектры минерала, если в нем присутствуют разные формы воды — H2O, D2O, HDO, а также гидроксильные группы OH и OD.
Главная идея работы заключается в том, что «сухой» и содержащий воду анортит по-разному взаимодействуют с инфракрасным излучением. Вода может входить в кристаллическую структуру минерала или удерживаться на поверхности его частиц. Эти изменения способны формировать характерные участки спектра — своеобразные «отпечатки», по которым можно судить о наличии воды и ее изотопном составе.
Исследователи сопоставили численные модели, созданные с помощью алгоритма CUSTEP и модуля ALT в Biovia Materials Studio, с экспериментальными данными. Для измерений использовали инфракрасный Фурье-спектрометр ФТ-801 с приставками для пропускания и диффузного отражения, а также рамановский спектрометр inVia Renishaw Reflex.
Расчеты показали, что кристаллическая решетка анортита сохраняет стабильность при включении в нее гидроксильных групп и молекулярной воды. Эксперименты, в свою очередь, выявили формирование сложной сети скоплений воды на поверхности минерала после увлажнения.
Лунный минерал может рассказать не только о воде, но и о ее происхождении
Отдельное значение имеет изотопный состав. В исследовании анализировались легкие и тяжелые формы воды, включая смешанную и чисто дейтериевую. По данным ученых, в полученных инфракрасных спектрах удалось подтвердить наличие изотопных форм OH/OD и HDO. Для надежного обнаружения D2O, как отмечается в работе, потребуются дополнительные дистанционные наблюдения в специально выбранных диапазонах.
Задача лунной геохимии сегодня состоит не только в том, чтобы ответить на вопрос, есть ли на Луне вода. Важно определить, в каком виде она находится и каково соотношение изотопов ее водорода. Такие данные могут помочь понять процессы, происходящие на поверхности Луны, и уточнить историю воды в лунном веществе.
Результаты имеют практическое значение для дистанционного зондирования и анализа данных будущей орбитальной миссии «Луна-26». Отобранные исследователями участки ИК-спектра могут использоваться как характерные признаки присутствия различных форм воды в анортите.
Подход российских ученых основан на уже подтвержденной эффективности инфракрасной спектроскопии в изучении лунной воды. В 2020 году наблюдения NASA с помощью космической инфракрасной обсерватории SOFIA впервые подтвердили наличие молекул H2O на освещенной Солнцем поверхности Луны. В районе кратера Клавий их концентрация оценивалась в 100–412 частей на миллион — примерно как небольшая бутылка воды в кубическом метре лунного грунта.
Российская работа развивает это направление: спектроскопические данные предлагается использовать не просто для фиксации признаков гидратации, а для более детального различения изотопных форм воды. Ранее специалисты ГЕОХИ РАН аналогичным образом исследовали ИК-спектры оливинов, что показывает последовательное развитие метода для анализа лунных минералов.
Недавно стало известно, что NASA отменило миссию на обратную сторону Луны. Мы выяснили, что случилось.
Лунароссийские ученыеХимияПоделиться
