Исследователи из Института геохимии и аналитической химии имени Вернадского (ГЕОХИ РАН) совместно с Институтом космических исследований (ИКИ РАН) провели серию лабораторных экспериментов, имитирующих удары микрометеоритов по минералам лунной поверхности. Результаты этих экспериментов открывают новый взгляд на формирование нанофазного металлического железа, влияющего на оптические свойства лунного грунта и спектральные характеристики безатмосферных космических тел.
Работа, опубликованная в журнале «Геохимия», раскрывает детали образования nanophase iron (npFe⁰) — ключевого продукта космического выветривания. Пресс-релиз об исследовании был опубликован на новостном сайте Академии наук.
С помощью лазерного воздействия на материалы, характерные для Луны, ученые обнаружили новый механизм формирования наночастиц железа, что имеет важные последствия для интерпретации данных дистанционного зондирования и понимания процессов на Луне и других безатмосферных объектах.
В ходе экспериментов ученые воздействовали лазером на базальт, оливин, пироксен и другие материалы, характерные для поверхности Луны. Этот метод позволил смоделировать процессы, происходящие при ударах микрометеоритов. В расплавленных продуктах моделируемых ударов обнаружились многочисленные наносферулы металлического железа, иногда образующие цепочки и скопления.
Ранее считалось, что нанофазное железо возникает в основном двумя путями: при восстановлении оксидов железа водородом солнечного ветра и при конденсации железа из ударного пара. Однако экспериментальные данные показали возможность третьего механизма — термического восстановления в силикатном расплаве. При кратковременном нагреве оксид железа способен разлагаться, образуя металлическое железо и кислород, который уходит в газовую фазу. Открытие имеет значение для понимания процессов космического выветривания, о чем говорит научный сотрудник ГЕОХИ РАН, Егор Сорокин.
Исследователи также обнаружили, что рядом с наночастицами железа часто формируются газовые пузырьки, аналогичные структурам, найденным в образцах лунного реголита и частицах астероида Итокава.
«Понимание механизмов образования нанофазного железа помогает точнее интерпретировать спектральные данные дистанционного зондирования и реконструировать историю ударных процессов на Луне и других безатмосферных объектах Солнечной системы».
Алексей Костин
Понимание процессов образования npFe⁰ позволяет точнее интерпретировать спектральные данные и реконструировать историю ударных процессов на Луне. Содержание железа в лунном реголите невелико, и в данном случае речь не идет о потенциальной добыче полезных ископаемых в ходе будущей колонизации.
Наличие нанофазного железа влияет на технологические свойства лунного грунта. Частицы реголита легче спекаются под действием микроволнового излучения, что может использоваться при строительстве лунных баз и инфраструктуры. Кроме того, новые данные вносят вклад в изучение полярных кратеров Луны, которые до сих пор были загадкой для ученых.
Работа вносит вклад в понимание того, как происходило формирование древних океанов на других планетах, так как полученные данные позволяют сделать выводы о взаимодействии солнечного ветра и лунного грунта. Ученые также предполагают, что эти исследования помогут лучше понять процессы, происходящие на Энцеладе.
«Понимание процессов образования npFe⁰ позволяет точнее оценивать степень космического выветривания и историю ударных событий на Луне».
Екатерина Крылова
Нанофазное железо является одним из ключевых индикаторов «космического выветривания» поверхности безатмосферных тел, включая астероиды. Даже небольшие частицы npFe⁰ способны «краснить» и затемнять спектры лунного грунта, изменяя его отражающие свойства и альбедо космического тела в целом.
Аналогичные процессы образования наночастиц железа наблюдаются и в образцах лунного грунта, доставленных китайской миссией «Чанъэ-5». Результаты исследования могут быть полезны для интерпретации данных, полученных с помощью лунных наблюдений за Землей.
Открытие имеет важное значение для понимания процессов, происходящих в космосе. Эти процессы могут быть связаны с тем, как ядерные взрывы влияют на астероиды, а также с тем, какие тайны скрывает Антарктида. Изучение процессов выветривания на Луне дает новые данные для нейрореабилитации и других научных направлений.
«Понимание процессов позволяет точнее оценивать степень космического выветривания и историю ударных событий на Луне».
Дмитрий Корнеев