Скрытые химические следы в нетронутых лунных породах заставляют по-новому взглянуть на происхождение и эволюцию Луны (концепт художника). Источник: SciTechDaily.com
Спустя десятилетия после того, как лунные образцы, доставленные в рамках программы «Аполлон», были помещены в герметичные контейнеры, в них обнаруживаются неожиданные химические соединения, которые ставят под сомнение устоявшиеся представления о составе Луны.
Когда в 1972 году последние астронавты миссии «Аполлон» НАСА вернулись с Луны, часть собранного ими материала была запечатана и отложена в сторону. Ученые надеялись, что будущие поколения, вооруженные более совершенными технологиями, смогут по-новому изучить эти нетронутые образцы.
Этот момент настал. Группа ученых под руководством исследователя из Университета Брауна повторно изучила образцы с «Аполлона-17» и обнаружила неожиданный химический сигнал. В статье, опубликованной в Journal of Geophysical Research: Planets, ученые описывают необычные соединения серы в породах из региона Таурус-Литтров.
Вулканический материал содержит серу с низким содержанием серы-33 (или 33S) — одного из четырех стабильных изотопов серы. По словам ученых, эти показатели сильно отличаются от тех, что обычно наблюдаются в горных породах на Земле.
Джеймс Доттин готовит вторичный ионный масс-спектрометр для анализа лунных образцов, доставленных «Аполлоном-17». Фото: Джеймс Доттин
Элементы могут иметь уникальные «отпечатки», основанные на соотношении изотопов, которое отражает небольшие различия в атомной массе. Если два образца имеют одинаковый состав, это обычно означает, что они образовались из одного источника.
Ученым давно известно, что изотопный состав кислорода на Земле и Луне схож. Поэтому многие исследователи предполагали, что изотопный состав серы также будет одинаковым. Однако в данном случае этого не произошло, как сообщил Джеймс Доттин, доцент кафедры наук о Земле, окружающей среде и планетах в Университете Брауна и ведущий автор исследования.
«Раньше считалось, что изотопный состав серы в лунной мантии такой же, как на Земле, — говорит Доттин. — Именно это я и ожидал увидеть при анализе этих образцов, но вместо этого мы получили значения, которые сильно отличаются от земных».
Неповрежденный образец с «Аполлона-17»
Материал, который изучал Доттин, был взят из двойной приводной трубы — полого металлического цилиндра, который астронавты «Аполлона-17» Джин Сернан и Харрисон Шмитт вставили в лунную поверхность на глубину около 60 сантиметров (примерно 24 дюйма).
После возвращения на Землю НАСА поместило пробирку в гелий, чтобы сохранить ее в неизменном виде для будущих исследований в рамках программы «Анализ образцов следующего поколения» (Apollo Next Generation Sample Analysis, ANGSA).
Джеймс Доттин (справа) и его соавтор Брайан Монтелеоне анализируют данные масс-спектрометрии вторичных ионов образцов, доставленных «Аполлоном-17». Фото: Джеймс Доттин
В последние годы НАСА предоставило доступ к этим образцам ученым, прошедшим конкурсный отбор. При поддержке LunaSCOPE, консорциума по исследованию Луны, Доттин использовал масс-спектрометрию вторичных ионов для измерения изотопов серы. На момент прибытия образцов на Землю этот высокоточный метод еще не был доступен.
Он сосредоточился на участках ядра, которые, судя по всему, содержали вулканическую породу из глубинных слоев Луны. «Я искал серу с такой текстурой, которая указывала бы на то, что она изверглась вместе с породой, а не образовалась в результате другого процесса», — сказал он.
Возможные объяснения
Результаты оказались поразительными. Соотношение изотопов отличалось от земных показателей гораздо сильнее, чем ожидалось.
«Сначала я подумал: «Святые угодники, этого не может быть», — сказал Доттин. — Мы перепроверили, все ли сделали правильно, и убедились, что да. Это просто поразительные результаты».
Доттин предлагает два основных объяснения. Одно из них связано с условиями, в которых когда-то находилась Луна. Сера, взаимодействующая с ультрафиолетовым излучением в разреженной атмосфере, может образовывать соединения 33S в небольших количествах. Ученые считают, что когда-то на Луне была кратковременная атмосфера, которая могла способствовать таким химическим реакциям.
Если это так, то это указывает на процесс перемещения материала с поверхности в недра Луны.
«Это могло бы свидетельствовать о древнем обмене материалами между лунной поверхностью и мантией, — говорит Доттин. — На Земле это происходит благодаря тектонике плит, но на Луне тектоники плит нет. Так что идея о каком-то механизме обмена на ранней Луне очень интересна».
Согласно другой теории, история Луны уходит корнями еще глубже. Согласно основной теории, тело размером с Марс по имени Тейя столкнулось с Землей, в результате чего образовались обломки, из которых впоследствии сформировалась Луна. Если у Тейи был совсем другой состав серы, то эти следы могут сохраниться в лунной мантии.
На данный момент данные не позволяют однозначно отдать предпочтение одному из объяснений. Доттин надеется, что будущие исследования, в том числе сравнение с образцами с Марса и других планет, помогут разгадать эту загадку. Изучение этих изотопных закономерностей может дать новые сведения о том, как образовалась Луна и остальная часть Солнечной системы.
Ссылка: «Эндогенная, но экзотическая сера в лунной мантии» Дж. У. Доттина, С. Б. Саймона, К. К. Ширер, Дж. Бенсона, Х. Фу, Дж. С. Бозенберга, Б. Монтелеоне и научной группы ANGSA, 10 сентября 2025 года, Journal of Geophysical Research: Planets.
DOI: 10.1029/2024JE008834
Источник: SciTechDaily
