Электронное изображение вкраплений в лунном грунте, содержащих воду. Оливин, образец №74220, привезённый участниками экспедиции "Аполлон-17" (фото John Armstrong, Geophysical Laboratory, Carnegie Institution of Washington).

Считается, что Луна образовалась вследствие столкновения Земли с другим крупным небесным телом около 4,5 миллиарда лет назад. Учёные предполагали, что подобный толчок вызвал бы полное испарение воды и других летучих компонентов, и Луна осталась бы полностью сухой. Однако последние исследования показали, что на Луне довольно много воды, как на её поверхности, так и под ней.

"Самое простое объяснение нашему открытию таково: на молодой Земле уже была вода к тому моменту, когда наша планета столкнулась с другим небесным телом. Часть воды пережила столкновение и не испарилась, поэтому мы можем наблюдать её сегодня в составе лунного грунта", — рассказывает ведущий автор исследования геохимик из Брауновского университета Альберто Сол (Alberto Saal). Его коллега из университета Кейс Вестерн Резерв, исследователь Земли, окружающей среды и других планет Джеймс Ван Орман (James Van Orman) добавляет: "Также существует вероятность, что и на Землю, и на Луну вода была занесена родственными углистыми хондритами сразу после того, как наш спутник стал отдельным небесным телом".

Чтобы уточнить происхождение воды, учёные рассмотрели вулканическое стекло. Содержащиеся в нём кристаллы минерала оливина препятствуют испарению воды во время извержения вулкана, что является прекрасной моделью лунной подповерхностной среды.

Ранее в 2011 году Эрик Хори (Erik Hauri) и его команда из Института Карнеги доказали, что содержание воды во вкраплениях таких кристаллов настолько же высоко, насколько в лаве, которая формирует океанское дно Земли. А совсем недавно Сол и его коллеги определили изотопный состав водорода, заключённого в этих кристаллах.

Для этого они использовали микрозонд для анализа изотопов Cameca NanoSIMS 50L. В зависимости от того, в какой части Солнечной системы образовалась вода, в ней содержится разное количество атомов дейтерия: чем ближе к Солнцу она появилась, тем дейтерия в её молекулах будет меньше.

Исследователи заметили, что дейтериево-водородная пропорция во вкраплениях была довольно низкой и приблизительно равнялась той, что была обнаружена в составе углистых хондритов, изначально образовавшихся в астероидном поясе неподалёку от Юпитера. Поскольку эти метеориты считаются самыми древними небесными телами Солнечной системы, учёные предположили, что именно они являются источником воды на Земле и Луне.

Кометы также являются носителями воды и других летучих веществ, однако они прилетели из намного более отдалённого уголка Вселенной — облака Оорта, которое находится в тысячу раз дальше от нашей планеты, чем Нептун. Из-за того, что они образовались так далеко от Солнца, логично предположить, что дейтериево-водородная пропорция в их составе будет довольно высокой, намного выше, чем в составе лунного грунта.

"Проводить вычисления было очень непросто. Однако теперь у нас есть доказательства того, что именно углистые хондриты являются источником воды на Земле и Луне, а возможно, и на всех планетах и спутниках Солнечной системы", — сообщает Хори в пресс-релизе университета Кейс Вестерн Резерв.

Чтобы вычислить дейтериево-водородную пропорцию воды в грунте, находящемся глубоко под поверхностью Луны, Ван Орман и Сол смоделировали в лабораторных условиях низкую концентрацию газа, которая наблюдается в естественных для такой среды условиях. Также исследователи учли влияние космических лучей (высокоэнергетического потока заряженных частиц) на состав воды, ведь подобные взаимодействия провоцируют усиленное образование дейтерия, что нарушает изначальную пропорцию. И всё же, изменения, вызванные этими факторами, оказались незначительными, и дейтериево-водородная пропорция воды в лунном грунте оказалась по-прежнему близка к той, что наблюдалась на хондритах.

Исследователи отмечают, что 98% воды, что мы имеем сегодня на Земле также имеет хондритное происхождение. Лучшее тому объяснение — это тот факт, что на Земле уже была вода к моменту столкновения, а потом уже она перенеслась на Луну. Но тогда по-прежнему остаётся открытым вопрос: если вода на нашей планете и её спутнике имеет одно и то же происхождение, как она смогла пережить такое сильное столкновение и не испариться?

"Наше исследование подразумевает, что даже легкоиспаряемые элементы могут сохраниться после сильного удара. Если это действительно так, стоит вернуться к началу и получше разобраться в природе столкновений небесных тел и подробнее изучить летучие вещества на поверхности Луны", — говорит Ван Орман.

Результаты исследования были опубликованы в журнале Science.

Также по теме:
Вода на Луне появилась под влиянием солнечного ветра  
Луна обошла Сахару по количеству воды 
Найдены следы недавней геологической активности Луны 
Космический зонд рассмотрел тёмную сторону Луны  
Сокровища Луны 
На Луне вскоре могут появиться обитаемые базы