Кислород на Луне

Для изучения истории древней Земли мы должны обратить внимание на Луну

Новое исследование японских ученых показало, что последние 2,4 миллиарда лет буквально «купается» в потоке частиц кислорода, улетучивающегося из атмосферы Земли. После обобщения и анализа данных, полученных с лунного орбитального корабля «Кагуя» и исследования лунных пород исследователи сообщают, что вносит свой вклад в уникальный состав элементов на поверхности Луны. Эти выводы подтверждают теорию о том, что солнечный ветер может переносить частицы земного происхождения вплоть до лунной поверхности. Земля постоянно подвергается бомбардировке потоком заряженных частиц, испускаемых Солнцем, который называется « ». Это явление также является причиной полярных сияний, наблюдаемых на Земле в северных широтах. Магнитное поле Земли представляет собой некий пузырь, защищающий поверхность планеты от этих заряженных частиц. Когда Земля находится между и Луной, Луна на какое-то время защищена от солнечного ветра магнитным полем Земли. За это время частицы, вырывающиеся из верхних слоев атмосферы Земли, могут оказаться на Луне. И оставаться в поверхностном слое лунного грунта. Накопившись в грунте в течение миллионов лет, эти частицы могут рассказать исследователям, как изменялась атмосфера нашей планеты.

Предыдущие исследования

лунных камней позволили обнаружить в них следы азота, кислорода и благородных газов, имеющих изотопный состав, который совпадает с найденными на . Однако было не ясно, действительно ли они попали на Луну с Земли. Чтобы получить информацию об этих процессах, исследователи использовали инструменты, находящиеся на борту «Кагуя». Это было сделано для выявления частиц, которые попали на Луну в тот короткий промежуток, когда она «прячется» за Землей и защищена от солнечного ветра. Ионы кислорода, прилетающие в это время, выглядят совершенно иначе, чем те, которые пришли от Солнца. И, поскольку Земля была в этот момент между Луной и Солнцем, это свидетельствует о том, что они пришли от нашей планеты.
Состав кислорода Земли является уникальным, поскольку он является результатом биологических процессов, аналогов которых во Вселенной мы пока не знаем. Если молекулы лунного кислорода не могли появиться из ниоткуда, вероятно мы в состоянии использовать это знание. Мы можем провести анализ лунного грунта и заглянуть в историю земной атмосферы — вплоть до того времени, когда кислород впервые появился на Земле в свободном состоянии. А это произошло примерно 2,4 млрд. лет назад. Потенциально это может дать нам понимание прогресса возникновения биологической жизни, того, как она развивалась и распространялась по всей нашей планете.
В будущем планируется проводить дальнейшие с лунным грунтом, чтобы узнать, какие именно элементы поступают от Земли. Если мы научимся успешно различать земные частицы на поверхности Луны, и частицы, принесенные от Солнца, это даст возможность ученым заглянуть в прошлое и увидеть атмосферу ранней Земли. Ведь она сильно отличается от той, с которой мы живем сейчас.

О том, что на Луне присутствует кислород астрономам известно достаточно давно. Однако, лишь недавно космический аппарат из Японии смог подтвердить догадки ученых, обнаружив этот элемент, но это не главное. Оказалось, что лунный кислород имеет схожую природу с земным. Данное открытие удалось совершить благодаря зонду SELENE, а его автором стал руководитель исследовательской группы Кентаро Тедара, представляющий университет Осаки. Подробная информация о проделанной работе и ее результатах не так давно уже публиковалась в журнале Nature Astronomy.

Откуда же на Луне земной кислород?

Ученые говорят о том, что новая информация позволит более детально исследовать вопрос формирования Земли многие миллиарды лет назад. Кроме того, исследователи рассчитывают получить больше данных о том, в каком состоянии находилась атмосфера нашей планеты в столь древние времена.

Ежемесячно на протяжении почти пяти дней лунную поверхность от солнечных ветров надежно закрывает магнитосфера Земли. По мнению некоторых астрономов, ионы кислорода могли попасть на спутник нашей планеты в один из таких временных отрезков. После чего они и остались в верхнем слое лунного грунта и его породе. Тысячелетия геологическая активность Земли уничтожала хоть какие-то свидетельства касательно атмосферы планеты в древние времена. Обнаруженные в лунном грунте ионы кислорода могут оказаться нетронутыми на протяжении миллиардов лет частицами древней атмосферы нашей планеты. Собрав образцы этого элемента, ученые постараются ответить на вопросы, касающиеся изменений земной атмосферы с течением времени, а также о том, как эти процессы могли влиять на изменение и развитие разных живых форм.

Исследование ионов лунного кислорода может не только рассказать об истории Земли. Не исключено, что частицы могут сыграть важную роль в процессе подготовки человечества к освоению других планет. Ни о какой колонизации космоса не может быть речи без необходимого для жизни человека кислорода. А то, что его нашли именно на Луне, которая находится к нам ближе всего, может оказаться решающим фактором при организации колониальных миссий уже в ближайшем будущем.

Луна может стать новым домом для землян

Что касается планов Японии, то в стране уже было объявлено о планах по отправке своего астронавта на Луну. Это событие должно состояться ближе к 2030 году. Ранее некоторые специалисты и бизнесмены высказывались о том, что человечеству по силам осуществить строительство постоянной колонии на лунной поверхности. Кроме Японии власти ОАЭ также высказывались о планах по строительству колонии на спутнике. Так или иначе, многие современные ученые сходятся в том, что следующим шагом в освоении космических просторов людьми должна стать колонизация Луны. Очень может быть, что уже в обозримом будущем нам удастся узнать станет ли Луна для человека первым внеземным домом.

Во вторник, 31 января, стало известно, что японские ученые обнаружили на Луне предполагаемые следы земного кислорода. Открытие позволил сделать японский зонд, находившийся на лунной орбите. По-видимому, кислород был занесен с Земли солнечным ветром, который унес из нашей атмосферы большое количество ионов, осевших потом на лунной поверхности. Мы поговорили с главой отдела исследований Луны и планет ГАИШ МГУ по Луне о том, что это значит и какие еще перспективы открывает для нас естественный спутник.

А был ли кислород?

Астрономы анализировали данные, полученные зондом «Кагуя», который находился на лунной орбите с 2007 по 2009 год, после чего врезался в поверхность Луны. Однако авария не помешала зонду собирать данные - в результате ученые сошлись на том, что на поверхности спутника Земли имеется тонкий слой земного кислорода, занесенный на Луну солнечным ветром.

Владислав Шевченко - известный исследователь в области изучения Луны, доктор физико-математических наук, президент Международной ассоциации планетных наук и заслуженный научный сотрудник Московского университета. Он положительно оценивает новое открытие, но считает, что не все так однозначно и требуются более точные исследования, исключающие деформацию образцов при транспортировке на Землю.

«Луна принадлежит к телам Солнечной системы, не имеющим защитного слоя. Такие тела постоянно подвергаются падению метеоритов разных масс, поэтому поверхностный слой - регалит - дробится и имеет пескообразный вид. Пока что я не встречал научных данных о том, что какие-либо связанные с Землей ионы были обнаружены в химическом составе этого слоя. По-видимому требуются более тонкие эксперименты, чтобы их обнаружить. Те образцы, которые были доставлены на землю, не всегда находятся в первозданном состоянии. Любое слабое механическое воздействие может навредить результату - особенно, когда речь идет об ионах, и исследование ведется на молекулярном уровне. Исследования в земных лабораториях могут дать, конечно, более точный результат, однако из-за перемещения нельзя гарантировать 100-процентный результат», - сообщил он.

Луна неизвестная

Несмотря на буквальную обозреваемость Луны, знаем мы о ней далеко не все, убежден Владислав Шевченко. Современные исследования «холодного спутника» могут стать ключом к разгадке истории не только нашей планеты, но и всей Солнечной системы.

«Исследования эволюционных процессов, которые происходят в системе „Земля-Луна“, важны для понимания происхождения Солнечной системы, поскольку их можно в какой-то мере проецировать на прошлое. Однако они могут ответить и на вопросы о современной эволюции космических тел», - утверждает исследователь

На данный момент в распоряжении астрономов имеется несколько гипотез по этим вопросам. Некоторое время назад популярностью пользовалась теория о том, что Луна образовалась вследствие столкновения некоего космического тела с Землей. Произошел выброс, перешедший на околоземную орбиту, который и привел к образованию спутника. Затем появились сведения о том, что возраст некоторых образцов на лунной поверхности превышает 4,5 миллиарда лет - это совпадает с приблизительным возрастом Солнечной системы. На первый план вышла гипотеза Эрика Михайловича Галимова, директора Института геохимических исследований РАН. В ней предполагается, что Земля и Луна образовались одновременно из газополевого облака.

Зачем нам Луна?

В Федеральной космической программе 2016−2025 впервые в списке поставленных перед учеными задач упоминается «освоение Луны». Это предполагает использование новых технологий и проведение принципиально новых экспериментов, считает Владислав Шевченко. К каким это приведет результатам, рассуждать пока не приходится: в любой момент может открыться ранее неизвестное явление, которое вновь поставит перед наукой ряд не самых очевидных вопросов.

Отвечая на вопрос о том, как Луна и научные сведения о ней могут пригодиться вне научных областей, как правило, говорят о прикладных задачах - таких, например, как добывание редких материалов. Владислав Шевченко на протяжении многих лет в своих выступлениях объясняет, как именно спутник Земли может послужить пополнению земных резервов.

«Наша цивилизация подошла к такому уровню развития, когда высокие технологии приобретают все большее значение. Скажем, в мобильном телефоне многие детали изготовлены отчасти из редкоземельных материалов. На Земле, по оценкам экспертов, залежей руды при современных темпах производства хватит где-то на 20−30 лет. Такие металлы в избытке содержатся в астероидах, которые падают на Луну и становятся доступны на ее поверхности», - рассуждает Шевченко.

Эта стратегия находит себе подтверждение и в экономических расчетах. Один килограмм редкого материала иридия имеет рыночную стоимость порядка 32 тысяч долларов. Доставка иридия с Луны, таким образом, не только окупила бы транспортировку, но и покрыла бы первоначальные расходы на подготовку, открывая промышленной области перспективу хорошей прибыли.

Совсем недавно NASA впервые дало разрешение частной фирме Moon Express заниматься самостоятельными полетами на Луну с целью разработки ее ресурсов. Правительственные органы даже объявил, что с этой корпорации будут на определенный срок сняты налоговые обязательства. Таким образом, «лунная гонка» только стартовала, и, быть может, скоро мы сможем наблюдать ее первых фаворитов. А пока нам остается с надеждой смотреть на небо и ждать, когда Луна будет окончательно освоена землянами.

Продюсер: Максим Барабанов

18 августа исполняется 37 лет с момента посадки на поверхность Луны советской станции «Луна-24», которая доставила на Землю образцы лунного грунта. Исследование доказало наличие в грунте воды. Мы решили вспомнить 5 разгаданных тайн Луны.

Есть ли внеземная жизнь на Луне?
В 1978 году советские исследователи в журнале «Геохимия» впервые упомянули об обнаружении воды в лунном грунте. Этот факт был установлен в результате анализа образцов, доставленных зондом «Луна-24». Процент найденной в образце воды составил 0,1. Это вещество сохранялось на Луне примерно 4 миллиарда лет. Многие ученые утверждают, что формула «лунной» воды H 2 O. Другие считают, что её формула изменена. Определенно доказано одно: это жидкость. Самое же важное, что в воде была обнаружена внеземная форма жизни.

Есть ли кислород на Луне?
На Конгрессе международного общества теоретической и прикладной химии ученые Кембриджского университета представили результаты исследования лунного грунта, в котором нашли кислород. Содержание кислорода в лунном грунте очень велико, более 45%. Ученые отметили, что при организации на Луне маленького поселения всего три генератора высотой около метра каждый смогут обеспечить население тонной кислорода в год. В 2005 году NASA даже устроило конкурс на разработку технологии выкачки кислорода из лунного грунта – требуется минимум 5 кг за 8 часов.

Какие химические элементы содержит грунт Луны?
Как показывают результаты исследований лунного грунта, он содержит в себе все химические элементы и вещества, необходимые для обеспечения жизнедеятельности людей и производства ценных материалов – более 70 химических элементов и изотопов. Это: кремний, титан, алюминий, железо, магний, торий, уран, цирконий. В меньших количествах найдены ванадий, ниобий, кобальт, медь, рубидий, углерод, серебро. Ученые предполагают, что когда-то тут побывала вулканическая лава, которая оставила после себя массу полезных элементов.

Сколько лет грунту Луны?
Возраст лунного грунта дает множество поводов для споров. Одни ученые настаивают на цифре в 3 миллиарда лет, другие – в 4,6 миллиардов. Большинство всё же сходится в одном: лунный грунт отлично сохранился. Его верхний слой, находящийся на Луне уже несколько миллиардов лет, не подвергался никаким внеземным воздействиям с момента образования Луны. Это значит, что по грунту можно изучить процесс образования Луны и заключить, что её возраст действительно составляет по меньшей мере 3 миллиарда лет.

Может ли Луна быть образована из сверхпрочного материала?
Ученые пришли к выводу, что основой лунного грунта является ильменит. Этот относительно редкий минерал отличается большим содержанием титана. Такой сверхпрочный материал на Земле используют для строительства подводных лодок. Ильменит также немагнитен. Некоторые ученые полагают, что поверхность луны практически полностью образована смесью с присутствием ильменита.

Доставлять кислород на Луну — занятие слишком хлопотное и дорогостоящее

Источником кислорода для будущей постоянной обитаемой базы может послужить местный грунт, реголит

Какими бы ни были наши планы по освоению Луны — использовать ее для добычи полезных ресурсов, как научную базу, как промежуточную площадку для стартов к более далеким объектам — будущие обитатели лунной базы нуждаются в воздухе для дыхания.

Однако доставлять туда необходимые количества кислорода (который, к тому же, может понадобиться и как компонент ракетного топлива) слишком хлопотно и дорого. По оценке специалистов, отправить килограмм на Луну стоит 100 тыс. долларов. Немудрено, что ученые изыскивают все возможные пути для того, чтобы база могла вырабатывать максимум необходимого прямо на месте — об этих проектах и планах мы писали в заметке «Лунная архитектура ».

Поиски технологий для выделения кислорода из лунной породы (реголита) ведутся уже не первый год. В 2005 г. NASA объявило о 250-тысячном вознаграждении для команды, которая найдет способ извлечь хотя бы 5 кг кислорода из симулированного лунного грунта за 8 часов. Победителей не нашлось, и несколько лет спустя сумма приза увеличилась до 1 млн долларов — но и тогда никто не сумел решить задачу.

Лишь недавно кембриджский химик Дерек Фрей (Derek Fray) и его коллеги рапортовали о том, что у них есть потенциальное решение, созданное на основе электрохимического процесса, созданного той же группой в 2000 г. и предназначенного для получения чистого металла и сплавов из оксидов. Металлические оксиды, которые в изобилии встречаются в реголите, используются при этом в качестве катода, а роль анода выполняет углерод. Оба электрода погружаются в расплав электролита (хлорида кальция, который становится жидким примерно при 800°C).

Ток, текущий через систему, отрывает атомы кислорода от молекул оксида и переводит их в раствор. Обладая отрицательным зарядом, здесь они двигаются к положительному аноду и отдают лишние электроны, реагируя с углеродом и выделяя диоксид углерода (углекислый газ). Разумеется, что при этом анод постепенно деградирует — зато на катоде остается чистый металл.

Задача Фрея и его группы состояла в том, чтобы научиться получать на аноде не углекислый газ, а чистый кислород. Для этого они решили использовать электрод не из углерода, а из куда более инертного вещества — титаната кальция. Сам по себе он является довольно плохим проводником электричества, но если добавить в него немного рутената кальция, эта проблема снимается. Такая смесь позволила ученым получить материал для анода, который хорошо проводит ток и, в общем-то, не подвержен эрозии при использовании в процессе электролиза. После эксперимента, в котором реакция на нем проходила непрерывно 150 часов, они подсчитали, что анод будет даже при непрерывной работе «худеть» на считанные сантиметры в год.

В своих экспериментах ученые использовали симулированный реголит JSC-1 , который создан и производится по заказу NASA. И они оценили, что три таких электрохимических «реактора» (каждый примерно метр в высоту) смогут вырабатывать из него тонну кислорода в год. При этом на получение этого количества газа будет уходить 3 тонны реголита — почти 100% содержащегося в нем кислорода переходит в газ.

Не стоит думать, что для нагрева раствора и работы аппарата потребуются огромные запасы энергии. Если использовать эффективную термоизоляцию, тройка реакторов потребует всего 4,5 КВт, что им вполне могут обеспечить установленные тут же солнечные батареи, не говоря уж о ядерном мини-реакторе, который, по некоторым планам, тоже будет установлен на Луне.

Дерек Фрей заявляет, что при необходимом финансировании (ученый называет цифру в 16,5 млн долларов) он готов собрать полноценный прототип устройства с дистанционным управлением.