Ученые вскрыли лунный камень и обнаружили огромный сюрприз

Крошечный образец Луны, хранившийся более 50 лет, оказался таит в себе астрономическую тайну.

В частицах троиловой пыли, собранных «Аполлоном-17» в 1972 году, учёные обнаружили материал, который может быть таким же древним — или даже более древним, — как сама Луна, — реликтом ранней Солнечной системы возрастом 4,5 миллиарда лет.

«Моей первой мыслью было: «Боже правый, этого не может быть» говорит планетолог Джеймс Доттин из Университета Брауна в США.

«Поэтому мы вернулись, чтобы убедиться, что всё сделали правильно, и убедились. Это просто поразительные результаты».

В 1960-х и начале 1970-х годов астронавты НАСА из миссии «Аполлон» доставили на Землю в общей сложности 382 килограмма (842 фунта) лунного материала, чтобы учёные могли изучить его в лабораториях, где было всё необходимое оборудование, которого не было на Луне.

Однако эти учёные знали, что однажды более совершенные технологии превзойдут их оборудование, поэтому они запечатали некоторые образцы горных пород, чтобы сохранить их до тех пор.

Один из таких сохранившихся образцов изучали Доттин и его команда, используя масс-спектрометрию для определения происхождения серы в образце.

Сера — важный элемент для понимания геологической истории объекта. Она может вступать в реакцию с такими металлами, как железо, перемещаться между ядром, мантией и атмосферой планеты и сохранять изотопные следы среды, в которой она образовалась.

Изотопы — это разновидности элемента с разным количеством нейтронов. Их соотношение в материале зависит от способа его получения. Это своего рода химический штрихкод, с помощью которого учёные могут определить происхождение образца, механизм его образования и возраст.

Образец в приводной трубке 73001/2 «Аполлона-17» содержал фрагменты троилита, соединения железа и серы наиболее часто встречающегося в космосе.

Доттин и его команда хотели изучить соотношение изотопов серы в троилите, чтобы больше узнать об истории Луны. В частности, их интересовали зёрна, которые, судя по всему, имели вулканическое происхождение.

В некоторых частях образца был обнаружен слегка повышенный уровень серы-33 — изотопный состав, соответствующий дегазации вулканических пород, а также ожиданиям Доттина и его команды в отношении лунных вулканических пород.

Но затем в других частях образца было обнаружено обратное: соотношение изотопов поразительно снижено по сере-33.

«До этого считалось, что изотопный состав серы в лунной мантии такой же, как на Земле» Доттин объясняет.

«Именно это я и ожидал увидеть при анализе этих образцов, но вместо этого мы получили значения, которые сильно отличаются от всего, что мы наблюдаем на Земле».

Ученые никогда прежде не сталкивались с образцами лунных пород с таким соотношением изотопов, и существует лишь несколько способов его формирования. Такой уровень истощения запасов серы-33 указывает на взаимодействие серы с ультрафиолетовым излучением в разреженной атмосфере, что наводит на две интересные мысли. Обе они предполагают, что троилит очень древний.

Первая возможность заключается в том, что сера образовалась на самой Луне в то время, когда, согласно исследованиям, новорождённую Луну покрывал океан магмы. Когда этот океан остыл и кристаллизовался, сера-33 могла испариться с поверхности и попасть в первичную атмосферуЛуны, оставив после себя более тяжёлые изотопы.

Второй вариант ещё более интригующий. Согласно основной теории формирования Луны, новорождённая Земля столкнулась с объектом размером с Марс по имени Тейя в хаосе ранней Солнечной системы.

Некоторые теории предполагают, что образовавшиеся обломки остались на околоземной орбите, слившись в Луну, а часть Тейи исчезла в недрах Земли.

Но часть Тейи, возможно, осталась на Луне. И, по мнению исследователей, вполне вероятно, что их необычная лунная сера тоже образовалась на Тейе.

Невозможно сказать, какой сценарий более вероятен, но мы всё равно можем рассмотреть возможные последствия.

Если сера подверглась фотохимическому изменению, это может свидетельствовать о древнем обмене материалами между поверхностью Луны и мантией, говорит Доттин.

«На Земле это происходит из-за тектоники плит, но на Луне её нет» Доттин объясняет.

«Итак, идея о каком-то механизме обмена на ранней Луне кажется захватывающей».

Наличие необычной серы также может опровергать идею о том, что Луна образовалась из пылевых осадков в результате столкновения Земли с Тейей. Если бы это произошло, то сера была бы равномерно распределена по всей лунной мантии.

Это опьяняющее вещество — и это всего лишь один образец, который с 1970-х годов хранится в гелиевой камере.

Однако никакого вреда причинено не было. Для разгадки этой тайны, вероятно, потребуется больше внеземных образцов: с Луны, с Марса, может быть, даже с астероидов. На сбор образцов потребуется время.

Каким бы ни было их происхождение, эти зёрна хранят в себе самую странную и древнюю серную сигнатуру, когда-либо обнаруженную на Луне. Это след, который ведёт нас к самому зарождению Солнечной системы.

Исследование было опубликовано в JGR Planets.