Oxigen pe Lună

Pentru a studia istoria Pământului antic, trebuie să ne uităm la Lună

Un nou studiu realizat de oamenii de știință japonezi a arătat că, în ultimii 2,4 miliarde de ani, s-a „scăldat” într-un flux de particule de oxigen care scapă din atmosfera Pământului. După ce au compilat și analizat datele de la orbitatorul lunar Kaguya și au examinat rocile lunare, cercetătorii raportează ce contribuie la compoziția unică a elementelor de pe suprafața lunară. Aceste descoperiri susțin teoria potrivit căreia vântul solar poate transporta particule de origine terestră până la suprafața lunară. Pământul este bombardat constant de un flux de particule încărcate emis de Soare, care se numește „”. Acest fenomen este și cauza aurorelor observate pe Pământ la latitudinile nordice. Câmpul magnetic al Pământului este un fel de bule care protejează suprafața planetei de aceste particule încărcate. Când Pământul se află între Lună și Lună, Luna este protejată de vântul solar pentru o perioadă câmp magnetic Pământ. În acest timp, particulele care scapă din straturile superioare ale atmosferei Pământului pot ajunge pe Lună. Și rămâne în stratul de suprafață al solului lunar. Acumulându-se în sol de-a lungul a milioane de ani, aceste particule pot spune cercetătorilor cum s-a schimbat atmosfera planetei noastre.

Studii anterioare

Rocile lunare au făcut posibilă detectarea urmelor de azot, oxigen și gaze nobile în ele, având o compoziție izotopică care coincide cu cele găsite pe. Cu toate acestea, nu era clar dacă au ajuns de fapt pe Lună de pe Pământ. Pentru a obține informații despre aceste procese, cercetătorii au folosit instrumente de la bordul Kaguya. Acest lucru a fost făcut pentru a identifica particulele care au lovit Luna în acea scurtă perioadă în care aceasta „se ascunde” în spatele Pământului și este protejată de vântul solar. Ionii de oxigen care sosesc în acest moment arată complet diferit de cei care vin de la Soare. Și, din moment ce Pământul se afla în acel moment între Lună și Soare, acest lucru indică faptul că au venit de pe planeta noastră.
Compoziția oxigenului Pământului este unică deoarece este rezultatul procese biologice, ai cărui analogi în Univers nu îi cunoaștem încă. Dacă moleculele de oxigen lunar nu au putut apărea din senin, probabil că putem folosi aceste cunoștințe. Putem analiza solul lunar și ne uităm în istorie atmosfera pământului- până în momentul în care oxigenul a apărut pentru prima dată pe Pământ în stare liberă. Și asta s-a întâmplat acum aproximativ 2,4 miliarde de ani. Acest lucru ne-ar putea oferi o perspectivă asupra progresiei vieții biologice, cum a evoluat și s-a răspândit pe planeta noastră.
În viitor, este planificată să se efectueze studii suplimentare cu solul lunar pentru a afla exact ce elemente provin de pe Pământ. Dacă putem distinge cu succes între particulele terestre de pe suprafața Lunii și particulele aduse de la Soare, acest lucru va permite oamenilor de știință să privească în trecut și să vadă atmosfera. Pământul timpuriu. La urma urmei, este foarte diferit de cel cu care trăim acum.

Astronomii știu de mult timp că oxigenul este prezent pe Lună. Cu toate acestea, doar recent nava spatiala din Japonia a putut confirma presupunerile oamenilor de știință prin descoperirea acestui element, dar acesta nu este principalul lucru. S-a dovedit că oxigenul lunar este de natură similară cu oxigenul terestru. Această descoperire a fost făcută datorită sondei SELENE, iar autorul acesteia a fost șeful grupului de cercetare, Kentaro Tedara, reprezentând Universitatea din Osaka. Informații detaliate despre munca depusă și rezultatele acesteia au fost publicate recent în revista Nature Astronomy.

De unde provine oxigenul terestru de pe Lună?

Oamenii de știință spun că noile informații ne vor permite să studiem mai detaliat problema formării Pământului cu multe miliarde de ani în urmă. În plus, cercetătorii se așteaptă să obțină mai multe date despre starea atmosferei planetei noastre în vremuri atât de străvechi.

În fiecare lună, timp de aproape cinci zile, suprafața lunară este protejată în mod fiabil de vânturile solare de magnetosfera Pământului. Potrivit unor astronomi, ionii de oxigen ar fi putut ajunge la satelitul planetei noastre în una dintre aceste perioade de timp. După care au rămas în stratul superior al solului lunar și stânca acestuia. De-a lungul mileniilor, activitatea geologică de pe Pământ a distrus orice dovadă a atmosferei planetei în vremuri străvechi. Ionii de oxigen descoperiți în solul lunar s-ar putea dovedi a fi neatinsi de miliarde de ani de particulele din atmosfera antică a planetei noastre. Prin colectarea de mostre din acest element, oamenii de știință vor încerca să răspundă la întrebări despre schimbările din atmosfera Pământului de-a lungul timpului, precum și despre modul în care aceste procese ar fi putut influența schimbarea și dezvoltarea diferitelor forme vii.

Studierea ionilor de oxigen lunari poate face mai mult decât să ne spună despre istoria Pământului. Este posibil ca particulele să joace un rol important în procesul de pregătire a umanității pentru explorarea altor planete. Nu se poate vorbi de vreo colonizare a spațiului fără oxigenul necesar vieții umane. Iar faptul că a fost găsit tocmai pe Lună, cea mai apropiată de noi, se poate dovedi a fi un factor decisiv în organizarea misiunilor coloniale în viitorul apropiat.

Luna ar putea deveni o nouă casă pentru pământeni

În ceea ce privește planurile Japoniei, țara a anunțat deja planurile de a-și trimite astronautul pe Lună. Acest eveniment ar trebui să aibă loc mai aproape de 2030. Anterior, unii experți și oameni de afaceri spuneau că omenirea este capabilă să construiască o colonie permanentă pe suprafața lunară. Pe lângă Japonia, autoritățile din Emiratele Arabe Unite au vorbit și despre planurile de construire a unei colonii pe satelit. Într-un fel sau altul, mulți oameni de știință moderni sunt de acord că următorul pas în explorarea umană a spațiului cosmic ar trebui să fie colonizarea Lunii. Se poate foarte bine ca în viitorul apropiat să putem afla dacă Luna va deveni prima casă extraterestră pentru oameni.

Marți, 31 ianuarie, a devenit cunoscut faptul că oamenii de știință japonezi au descoperit urme suspecte de oxigen pământesc pe Lună. Descoperirea a fost făcută de o sondă japoneză aflată pe orbită lunară. Aparent, oxigenul a fost adus de pe Pământ de vântul solar, care a dus un număr mare de ioni din atmosfera noastră, care s-au așezat apoi pe suprafața lunii. Am discutat cu șeful departamentului de cercetare lunară și planetară de la SAI al Universității de Stat din Moscova pe Lună despre ce înseamnă acest lucru și ce alte perspective ne deschide satelitul natural.

Era oxigen?

Astronomii au analizat datele obținute de sonda Kaguya, care a fost pe orbită lunară din 2007 până în 2009, după care s-a prăbușit pe suprafața Lunii. Totuși, accidentul nu a împiedicat sonda să culeagă date - drept urmare, oamenii de știință au convenit că pe suprafața satelitului Pământului există un strat subțire de oxigen terestru, transportat pe Lună de vântul solar.

Vladislav Shevchenko este un cercetător celebru în domeniul studiilor lunare, doctor în științe fizice și matematice, președinte Asociația InternaționalăȘtiințe Planetare și cercetător onorat la Universitatea din Moscova. El evaluează pozitiv noua descoperire, dar consideră că nu totul este atât de simplu și că sunt necesare studii mai precise pentru a exclude deformarea probelor în timpul transportului pe Pământ.

„Luna aparține corpurilor sistem solar fără un strat protector. Astfel de corpuri sunt supuse constant căderii meteoriților de diferite mase, astfel încât stratul de suprafață - regalite - este zdrobit și are un aspect asemănător nisipului. Până acum nu am văzut dovezi științifice care să arate că au fost găsiți ioni legați de Pământ compozitia chimica acest strat. Se pare că sunt necesare experimente mai subtile pentru a le detecta. Acele mostre care au fost aduse pe pământ nu sunt întotdeauna în stare impecabilă. Orice impact mecanic slab poate dăuna rezultatului - mai ales când despre care vorbim despre ioni, iar cercetarea se desfășoară la nivel molecular. Cercetările în laboratoarele pământești pot da, desigur, un rezultat mai precis, dar din cauza mișcării, un rezultat de 100% nu poate fi garantat”, a spus el.

Luna necunoscută

În ciuda vizibilității literale a Lunii, nu știm totul despre ea, Vladislav Shevchenko este convins. Cercetare modernă„Satelitul rece” ar putea fi cheia pentru a dezvălui istoria nu numai a planetei noastre, ci și a întregului sistem solar.

„Studiile asupra proceselor evolutive care au loc în sistemul Pământ-Lună sunt importante pentru înțelegerea originii Sistemului Solar, deoarece acestea pot fi proiectate într-o oarecare măsură în trecut. Totuși, ei pot răspunde și la întrebări despre evoluția modernă a corpurilor cosmice”, spune cercetătorul.

În acest moment, astronomii au mai multe ipoteze cu privire la aceste probleme. Cu ceva timp în urmă, o teorie populară era că Luna s-a format ca urmare a ciocnirii unui anumit corp cosmic cu Pământul. A avut loc o ejecție care a intrat pe orbita joasă a Pământului, ceea ce a dus la formarea unui satelit. Apoi au apărut informații că vârsta unor probe de pe suprafața lunară depășește 4,5 miliarde de ani - aceasta coincide cu vârsta aproximativă a sistemului solar. Ipoteza lui Eric Mikhailovici Galimov, directorul Institutului de Cercetări Geochimice al Academiei Ruse de Științe, a ieșit în prim-plan. Se presupune că Pământul și Luna s-au format simultan dintr-un nor de câmp de gaze.

De ce avem nevoie de Lună?

În Programul Spațial Federal 2016-2025, pentru prima dată în lista sarcinilor atribuite oamenilor de știință, este menționată „dezvoltarea Lunii”. Aceasta implică utilizarea de noi tehnologii și efectuarea de experimente fundamental noi, spune Vladislav Shevchenko. Nu este încă posibil să speculăm la ce rezultate va duce acest lucru: în orice moment poate fi descoperit un fenomen necunoscut anterior, care va pune din nou o serie de întrebări nu atât de evidente științei.

Când răspund la întrebarea cum Luna și informațiile științifice despre ea pot fi utile în afara domeniilor științifice, de regulă, ei vorbesc despre probleme aplicate, cum ar fi extracția de materiale rare. De mulți ani, Vladislav Shevchenko a explicat în discursurile sale exact modul în care satelitul Pământului poate servi la completarea rezervelor pământului.

„Civilizația noastră a atins un nivel de dezvoltare când tehnologiile înalte dobândesc totul valoare mai mare. De exemplu, multe componente ale unui telefon mobil sunt realizate parțial din materiale cu pământuri rare. Pe Pământ, conform experților, zăcămintele de minereu la ratele de producție actuale vor dura aproximativ 20-30 de ani. Astfel de metale se găsesc din abundență în asteroizii care cad pe Lună și devin disponibile la suprafața acesteia”, spune Shevchenko.

Această strategie este confirmată și în calculele economice. Un kilogram din materialul rar iridiu are o valoare de piață de aproximativ 32 de mii de dolari. Livrarea iridiului de pe Lună ar plăti, astfel, nu numai transportul, ci ar acoperi și costurile inițiale de pregătire, deschizând perspectiva unor profituri bune pentru zona industrială.

Recent, NASA a dat pentru prima dată permisiunea unei companii private, Moon Express, să efectueze zboruri independente către Lună pentru a-și dezvolta resursele. Autoritățile guvernamentale au anunțat chiar că obligațiile fiscale de la această corporație vor fi ridicate pentru o anumită perioadă. Astfel, „cursa lunară” tocmai a început și poate că în curând vom putea să-i observăm primii favoriți. Între timp, nu putem decât să privim cerul cu speranță și să așteptăm ca Luna să fie în sfârșit stăpânită de pământeni.

Producator: Maxim Barabanov

Pe 18 august se împlinesc 37 de ani de la aterizarea stației sovietice Luna-24 pe suprafața lunară, care a livrat mostre de sol lunar pe Pământ. Studiul a demonstrat prezența apei în sol. Am decis să ne amintim 5 mistere rezolvate ale Lunii.

Există viață extraterestră pe Lună?
În 1978, cercetătorii sovietici din revista Geochemistry au menționat pentru prima dată descoperirea apei în solul lunar. Acest fapt a fost stabilit ca urmare a analizei probelor livrate de sonda Luna-24. Procentul de apă găsit în probă a fost de 0,1. Această substanță a persistat pe Lună timp de aproximativ 4 miliarde de ani. Mulți oameni de știință susțin că formula apei „lună” este H 2 O. Alții cred că formula sa a fost schimbată. Un lucru a fost cu siguranță dovedit: este un lichid. Cel mai important lucru este că în apă a fost descoperită o formă de viață extraterestră.

Există oxigen pe Lună?
La Congresul Societății Internaționale de Chimie Pură și Aplicată, oamenii de știință de la Universitatea din Cambridge au prezentat rezultatele unui studiu al solului lunar în care au găsit oxigen. Conținutul de oxigen din solul lunar este foarte mare, de peste 45%. Oamenii de știință au observat că, dacă se organizează o mică așezare pe Lună, doar trei generatoare de aproximativ un metru înălțime fiecare vor putea furniza populației o tonă de oxigen pe an. În 2005, NASA a organizat chiar o competiție pentru dezvoltarea unei tehnologii de pompare a oxigenului din solul lunar - este necesar un minim de 5 kg în 8 ore.

Ce elemente chimice conține solul Lunii?
După cum arată rezultatele studiilor asupra solului lunar, acesta conține toate elementele chimice și substanțele necesare pentru a asigura viața umană și producerea de materiale valoroase - mai mult de 70. elemente chimiceși izotopi. Acestea sunt: ​​siliciu, titan, aluminiu, fier, magneziu, toriu, uraniu, zirconiu. Vanadiu, niobiu, cobalt, cupru, rubidiu, carbon și argint au fost găsite în cantități mai mici. Oamenii de știință sugerează că aici a fost odată vizitată lava vulcanică, care a lăsat în urmă o mulțime de elemente utile.

Câți ani are pământul Lunii?
Vârsta solului lunar dă multe motive de controversă. Unii oameni de știință insistă pe o cifră de 3 miliarde de ani, alții - 4,6 miliarde. Majoritatea încă sunt de acord cu un singur lucru: solul lunar este perfect conservat. Stratul său superior, care se află pe Lună de câteva miliarde de ani, nu a fost supus niciunei influențe extraterestre de la formarea Lunii. Aceasta înseamnă că solul poate fi folosit pentru a studia formarea Lunii și a concluziona că vârsta acesteia este într-adevăr de cel puțin 3 miliarde de ani.

Ar putea Luna să fie formată dintr-un material super-puternic?
Oamenii de știință au ajuns la concluzia că baza solului lunar este ilmenitul. Acest mineral relativ rar se distinge prin conținutul său ridicat de titan. Acest material super-puternic este folosit pe Pământ pentru construcția de submarine. Ilmenitul este, de asemenea, nemagnetic. Unii oameni de știință cred că suprafața lunii este aproape în întregime formată dintr-un amestec cu prezența ilmenitei.

Livrarea de oxigen pe Lună este prea supărătoare și costisitoare

Solul local, regolitul, poate servi ca sursă de oxigen pentru o viitoare bază permanentă locuită

Oricare ar fi planurile noastre pentru dezvoltarea Lunii - să o folosim pentru minerit resurse utile, ca bază științifică, ca platformă intermediară pentru lansări către obiecte mai îndepărtate - viitorii locuitori ai bazei lunare au nevoie de aer pentru a respira.

Cu toate acestea, furnizarea cantităților necesare de oxigen acolo (care, în plus, poate fi necesară și ca componentă a combustibilului pentru rachete) este prea supărătoare și costisitoare. Potrivit experților, trimiterea unui kilogram pe Lună costă 100 de mii de dolari. Nu este de mirare că oamenii de știință caută toate modalitățile posibile de a se asigura că baza poate produce maximul necesar chiar la fața locului - am scris despre aceste proiecte și planuri în articolul „Arhitectura lunară”.

Căutarea tehnologiilor de extragere a oxigenului din roca lunară (regolit) se desfășoară de câțiva ani. În 2005, NASA a anunțat o recompensă de 250.000 de dolari pentru echipa care ar putea găsi o modalitate de a extrage cel puțin 5 kg de oxigen din solul lunar simulat în 8 ore. Nu au existat câștigători, iar câțiva ani mai târziu, suma premiului a crescut la 1 milion de dolari - dar nici atunci nimeni nu a reușit să rezolve problema.

Abia recent, chimistul de la Cambridge Derek Fray și colegii săi au raportat că au o soluție potențială bazată pe un proces electrochimic creat de același grup în 2000 pentru a produce metal pur și aliaje din oxizi. Oxizii metalici, care se găsesc din abundență în regolit, sunt utilizați ca catod, iar carbonul joacă rolul unui anod. Ambii electrozi sunt scufundați într-un electrolit topit (clorură de calciu, care devine lichidă la aproximativ 800°C).

Curentul care curge prin sistem elimină atomii de oxigen din moleculele de oxid și îi transferă în soluție. Deținând o sarcină negativă, aici se deplasează la anodul pozitiv și renunță la electroni în exces, reacționând cu carbonul și eliberând dioxid de carbon (dioxid de carbon). Desigur, în acest caz anodul se degradează treptat, dar metalul pur rămâne pe catod.

Sarcina lui Frey și a grupului său a fost să învețe cum să producă nu dioxid de carbon la anod, ci oxigen pur. Pentru a face acest lucru, au decis să folosească un electrod nu din carbon, ci dintr-o substanță mult mai inertă - titanat de calciu. În sine, este un conductor destul de slab de electricitate, dar dacă adăugați puțin rutenat de calciu, această problemă este eliminată. Acest amestec a permis oamenilor de știință să obțină un material anodic care conduce bine curentul și, în general, nu este susceptibil la eroziune atunci când este utilizat în procesul de electroliză. După un experiment în care reacția asupra acestuia a avut loc în mod continuu timp de 150 de ore, au calculat că anodul, chiar și cu funcționare continuă, va „slăbi” cu câțiva centimetri pe an.

În experimentele lor, oamenii de știință au folosit regolitul simulat JSC-1, care a fost creat și produs la ordinul NASA. Și au estimat că trei astfel de „reactoare” electrochimice (fiecare cu aproximativ un metru înălțime) ar fi capabile să producă o tonă de oxigen pe an din ele. În același timp, vor fi necesare 3 tone de regolit pentru a obține această cantitate de gaz - aproape 100% din oxigenul conținut în acesta se transformă în gaz.

Nu credeți că încălzirea soluției și operarea aparatului va necesita rezerve uriașe de energie. Dacă se folosește o izolație termică eficientă, cele trei reactoare vor necesita doar 4,5 kW, care pot fi furnizate cu ușurință de către cele instalate chiar acolo. panouri solare, ca să nu mai vorbim de un mini-reactor nuclear, care, după unele planuri, va fi instalat și pe Lună.

Derek Frey afirmă că, cu finanțarea necesară (omul de știință calculează cifra de 16,5 milioane de dolari), este gata să asambleze un prototip cu drepturi depline al unui dispozitiv controlat de la distanță.