Образцы лунного грунта «капсулы времени» связывают прошлое и настоящее Луны

Астронавт Джон У. Янг собирает образцы лунного реголита. Автор: NASA

Образцы, собранные с поверхности Луны экипажем «Аполлона-16» более 50 лет назад, помогли ученым реконструировать миллиарды лет истории Луны.

Выводы исследовательской группы, опубликованные в журнале Meteoritics & Planetary Science, основаны на анализе особого набора лунных брекчий, которые ранее никогда не подвергались детальному изучению.

Астронавты Джон Янг, Чарльз Дьюк и Кен Мэттингли привезли на Землю более 95 кг образцов с Луны после своей миссии на лунном плато Декарт в 1972 году.

Среди этих образцов были «реголитовые брекчии», которые образуются, когда лунная пыль — или реголит — сплавляется с породой в результате ударов астероидов. После сплавления с породой эти брекчии сохраняют геохимический состав реголита на момент его формирования, который можно тщательно проанализировать для получения подсказок о том, как и когда они были созданы.

Характерный, сильно кратерированный вид луны является результатом бесчисленных столкновений с астероидами с момента ее формирования около 4,5 миллиардов лет назад. На протяжении столь обширной истории вопрос о том, что и когда произошло, быстро усложняется.

Исследователи из Великобритании и США использовали сложные аналитические методы масс-спектрометрии для анализа состава газов, захваченных в более мелких образцах щебня, известных как почвоподобные брекчии. Эти образцы, которые были среди тех, что были собраны с поверхности Луны экипажем Аполлона-16, никогда ранее не подвергались масс-спектрометрии.

Доктор Марк Ноттингем руководил исследованием, работая в Манчестерском университете. С тех пор он присоединился к Школе географических и геологических наук Университета Глазго.

Доктор Ноттингем, ведущий автор статьи, сказал: «Масс-спектрометрия, которая идентифицирует молекулы в образцах и количественно определяет их относительное содержание, может помочь нам определить, сколько времени образцы находились на поверхности Луны или вблизи нее. Это помогает нам получить более четкое представление об истории столкновений в этой конкретной области Луны».

Результаты работы группы помогают ученым лучше понять, как поверхность Луны изменялась под воздействием солнечного ветра и мощных ударов астероидов на протяжении более 2 миллиардов лет.

«За время нахождения образцов на поверхности Луны в качестве реголита они подвергались воздействию различного количества солнечного ветра — заряженных частиц, исходящих от Солнца, которые также несут следы благородных газов, таких как аргон и ксенон, — которые накапливались на внешних слоях их минеральных зерен в течение миллионов лет, прежде чем они подверглись удару астероида», — добавил доктор Ноттингем.

«История Луны — это также история Земли: записи об астероидных бомбардировках, запечатленные на ее поверхности и под ней, могут помочь нам понять условия ранней Солнечной системы, в которых сформировалась наша планета, а также ее ближайший сосед.

«Однако, в отличие от Земли, история Луны запечатана в геологических капсулах времени на ее поверхности, нетронутых тектоникой плит или эрозией, что позволяет нам использовать передовые технологии, такие как масс-спектрометрия, чтобы раскрыть их секреты».

Экипаж Аполлона-16. Автор: NASA

Исследование также может помочь будущим пилотируемым миссиям на Луну обнаружить ценные природные ресурсы, которые помогут лунным базам стать самодостаточными.

В ходе предыдущих исследований был проведен анализ следов благородных газов в более крупных фрагментах образцов брекчии «Аполлона-16», что помогло исследователям разделить образцы на две группы — «древние», возраст которых составляет от 3,8 до 2,4 миллиарда лет, и «молодые», которые образовались от 2,5 до 1,7 миллиарда лет назад.

Команда также обнаружила, что два образца имели гораздо более низкие концентрации благородных газов, что говорит о том, что они были сформированы гораздо позже и, возможно, подвергались воздействию солнечного ветра менее 1 миллиона лет. Команда предполагает, что удар, который сформировал близлежащий кратер Саут-Рэй, мог быть источником этого образца.

Доктор Ноттингем сказал: «Это исследование впервые устанавливает, что почвоподобные брекчии являются отдельной категорией, имеющей свою собственную историю. В сочетании с анализом древних и молодых пород, извлеченных Аполлоном-16, мы можем построить гораздо более полную картину истории этой части Луны в ранний период существования Солнечной системы, когда более сильные воздействия на лунную поверхность в течение первого миллиарда лет или около того сменились менее интенсивными периодами примерно 2 миллиарда лет назад».

Исследование также может помочь в подготовке будущих миссий по отправке на Луну в ближайшем будущем, таких как программа NASA Artemis, в рамках которой планируется создать долгосрочные места обитания людей на Луне.

Доктор Ноттингем сказал: «Одной из проблем создания долгосрочных мест обитания людей на Луне является принятие решений о том, как мы можем использовать природные ресурсы, которые ждут будущих миссий, чтобы им не приходилось везти с собой с Земли все необходимое».

«Примечательно, что образцы, привезенные «Аполлоном-16» более полувека назад, все еще хранят тайны об истории Луны и могут помочь нам определить, как мы будем исследовать Солнечную систему в грядущие десятилетия».

В исследовании приняли участие исследователи из Центра космических полетов имени Годдарда (НАСА), Католического университета Америки и колледжа Биркбек в Лондоне, которые являются соавторами статьи.

Больше информации: MC Nottingham et al, Constraints on the impact history of the Apollo 16 landing site: Implications of soil‐like breccia noble gas records, Meteoritics & Planetary Science (2024). DOI: 10.1111/maps.14244

Источник: University of Glasgow