NASA вскрыло образцы лунного грунта, привезённые 50 лет назад — и усомнилось в теории образования спутника Земли

Более полувека Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA) США хранит образцы лунного грунта, привезённого на Землю астронавтами миссии «Аполлон-17» в 1972 году. Они находились в герметичных контейнерах в ожидании, пока в распоряжении учёных не появятся более совершенные инструменты для проведения всесторонних исследований.

Спустя пять десятилетий NASA передало учёным один из образцов, и по результатам его исследования они пришли к неожиданным выводам. Оказалось, что содержание изотопов серы в этом образце сильно отличается от других образцов лунного грунта и земных пород. Это открытие, как ожидается, может подтвердить теорию, согласно которой Луна образовалась в результате столкновения гипотетической планеты Тейя с Землёй, либо опровергнуть её и рассказать о самых ранних этапах истории спутника нашей планеты.

Учёные из Университета Брауна во главе с Джеймсом Доттином (James Dottin) для изучения образцов лунного грунта задействовали масс-спектрометр вторичных ионов. Им достались образцы, которые астронавты собрали с помощью специальных трубок, погружённых на глубину 60 см в лунный реголит. Проще говоря, учёные изучили образцы, собранные непосредственно под поверхностью, помещённые в металлический цилиндр и остававшиеся в таком виде с момента их доставки на Землю.

Команда Доттина хотела получить образцы вулканической породы, которая в далёком прошлом была частью лунной мантии. Учёные полагают, что Луна сформировалась в результате столкновения протопланеты Тейи, размер которой сопоставим с Марсом, с Землёй. Рассказать больше о происхождении спутника может химический состав лунной мантии.

Предыдущие исследования образцов показали, что соотношение разных изотопов кислорода в лунной мантии в целом совпадает с земным. Это позволило предположить, что Луна преимущественно сформирована из обломков Земли, которые отделились после столкновения с протопланетой. Изотопы являются своего рода подвидами одного и того же элемента с одинаковым количеством протонов, но разным количеством нейтронов. Учёные исследовали изотопы серы, для чего был задействован масс-спектрометр вторичных ионов. Анализ показал, что по сравнению с соотношениями разных изотопов в земных породах, Луна, вероятно, обеднена серой-33 (т.е. серой с 33 нейтронами), которая является одним из четырёх стабильных изотопов серы.

«До этого считалось, что лунная мантия имеет такой же изотопный состав серы, как и Земля. Именно такую картину я ожидал увидеть при анализе этих образцов, но вместо этого мы получили значения, совершенно отличные от всего, что мы находили на Земле. Моей первой мыслью было: «Чёрт возьми, этого не может быть». Поэтому мы перепроверили результаты на всех этапах работы, но ошибок не нашли. Эти результаты просто ошеломляют», — заявил Доттин.

Учёные выдвигают две гипотезы, объясняющие появление выявленных изотопов серы в лунной мантии. Изотопные соотношения серы могли сформироваться из отделившегося от Тейи материала. Это означает, что обломки древней протопланеты занимают большую часть состава Луны, чем было принято считать ранее. Второй вариант предполагает, что обеднение серой-33 произошло уже после формирования Луны. Учёные считают, что молодая Луна могла быть окружена тонкой атмосферой, и, если сера присутствовала в атмосфере, она могла взаимодействовать с ультрафиолетовым излучением Солнца. Возникшие в результате химические реакции могли привести к снижению доли серы-33.

Если это так, то значит, что изотопы серы из ранней атмосферы Луны каким-то образом должны были переместиться с поверхности в мантию. В более поздние периоды существования спутника сера могла быть выброшена обратно к поверхности в результате извержений.

«Это стало бы свидетельством древнего обмена материалами между лунной поверхностью и мантией. На Земле эту функцию выполняет тектоника плит, но на Луне её нет. Поэтому идея о существовании какого-то механизма обмена на ранней Луне является весьма интригующей», — считает Доттин.

На данный момент учёные не в состоянии понять, какое из объяснений является верным. Будущие космические миссии позволят измерить изотопные соотношения серы на других телах Солнечной системы, таких как Марс и астероиды. Эти исследования могут дать подсказки относительно происхождения Луны.