Вода, найденная на Луне, как и на Земле, произошла из небольших метеоритов, называемых углеродистыми хондритами, за первые 100 миллионов лет или около того после образования солнечной системы, исследователи из университетов Брауна и Кейса Западного резерва и Института Карнеги в Вашингтоне обнаружили.
Чтобы найти происхождение воды Луны, исследователи посмотрели на захваченное вулканическое стекло, называемое включением расплава. Окружающие кристаллы оливина предотвращают вытекание воды во время извержения, предоставляя исследователям представление о том, что такое внутренняя часть Луны.
Исследование, проведенное в 2011 году во главе с Хаури, показало, что в расплавных включениях много воды – столько же воды, сколько и лавы, образовавшиеся на дне океана Земли. Это исследование предназначалось для определения происхождения этой воды. Для этого Саал и его коллеги рассмотрели изотопный состав водорода, захваченного во включениями.
Используя микроволновый ионный микрозонд Cameca NanoSIMS 50L в Карнеги, исследователи измерили количество дейтерия в образцах по сравнению с количеством обычного водорода. Дейтерий имеет дополнительный нейтрон.
Молекулы воды, происходящие из разных мест Солнечной системы, имеют разные количества дейтерия. В общем, вещи созданные ближе к солнцу, имеют меньше дейтерия, чем все что формируется дальше.
Исследователи обнаружили, что отношение дейтерий / водород в расплавных включениях было относительно низким и соответствовало соотношению, найденному в углеродистых хондритах. Эти метеориты возникли в поясе астероидов вблизи Юпитера и считаются одними из старейших объектов солнечной системы. Это означает, что источником воды на Луне являются примитивные метеориты.
Известно, что кометы, как и метеориты, несут воду и другие летучие вещества. Но большинство комет было сформировано в ледяном Облаке Оорта, более чем в 1000 раз более далеком, чем Нептун. Поскольку кометы, образовавшиеся так далеко от Солнца, они имеют высокие отношения дейтерия / водорода – гораздо более высокие отношения, чем во внутренней части Луны, где происходили образцы в этом исследовании.
«Измерения сами по себе были очень сложными, – сказал Хаури, – но новые данные дают лучшее доказательство того, что углеродсодержащие хондриты были общим источником летучих веществ на Земле и в Луне и, возможно, во всей внутренней солнечной системе».
Чтобы определить отношения, которые в настоящее время находятся глубоко в глубине Луны, Ван Орман и Сааль моделировали потерю газов из внутренних расплавных включений и влияние дегазации на дейтерий. Исследователи также должны были учитывать влияние космических лучей – высокоэнергетических лучей, несущих заряженные частицы – на воду, запертую внутри включений. Взаимодействие дает больше дейтерия, чем водорода. В общем, эффекты оказались малыми для расплавных включений, и соотношения оставались согласованными с коэффициентами хондритов. Недавние исследования, сказал Сааль, обнаружили, что 98 процентов воды на Земле также происходят из примитивных метеоритов, что указывает на общий источник воды на Земле и на Луне. Самый простой способ объяснить это, сказал Сааль, заключается в том, что вода уже была на ранней Земле и была передана на Луну.
Находка не обязательно противоречит идее о том, что луна была сформирована гигантским воздействием на раннюю Землю, но представляет собой проблему. Если луна сделана из материала, пришедшего с Земли, имеет смысл, что вода в обоих будет иметь общий источник, сказал Сааль. Однако до сих пор остается вопрос о том, как эта вода могла выдержать такое сильное столкновение.
«Наша работа предполагает, что даже очень летучие элементы не могут быть полностью потеряны во время гигантского удара», – сказал Ван Орман. «Нам нужно вернуться к чертежной доске и узнать больше о том, что такое гигантское воздействие, и нам также нужно лучше справляться с изменчивыми запасами на Луне».