Вчені дослідили перші зразки ґрунту зі зворотного боку Місяця

Китайська місія Chang'e-6 здійснила історичне досягнення, вперше повернувши на Землю зразки з невидимого боку Місяця. Науковці з Гуанчжоуського інституту геохімії Китайської академії наук під керівництвом докторів Хайянга Сяня та Цзяньсі Чжу опублікували результати свого дослідження в журналі National Science Review під назвою «Відмінності космічного вивітрювання між видимим і зворотним боком Місяця: докази із зразків Chang'e-6».

Доктор Сянь був одним із перших дослідників, які отримали частину зразків Chang'e-6 у серпні 2024 року, завдяки своєму попередньому досвіду аналізу матеріалів місії Chang'e-5. Ця подія стала першим випадком в історії людства, коли фізичні зразки були безпосередньо зібрані зі зворотного боку Місяця. Дослідницька група мала на меті вивчити, як відрізняється космічне вивітрювання — процес, при якому місячна поверхня змінюється під впливом сонячного вітру та ударів мікрометеоритів — на невидимому боці супутника.

Під керівництвом доктора Сяня аспірантка Лінь Цзяжуй з Центру електронної мікроскопії інституту провела детальний аналіз зразків за допомогою скануючого електронного мікроскопа (SEM). Щоб зберегти поверхневі особливості, вона обережно розподілила дрібнозернистий місячний пил на провідний адгезив, покрила його вуглецевою плівкою товщиною 10 нанометрів і досліджувала при низькій напрузі 3 кВ. Після вивчення майже 1000 частинок вона помітила, що зразки Chang'e-6 містили менше розплавлених крапель і бризок на поверхні порівняно з попередніми місячними зразками.

Для детальнішого вивчення ефектів вивітрювання дослідниця використала енергодисперсійну спектроскопію (EDS) для відбору семи мінеральних частинок з різним складом. Разом ці частинки представляють основні типи місячних мінералів і формують основу для глибшого дослідження того, як еволюціонує поверхня Місяця під впливом космічного середовища.

У подальших дослідженнях за допомогою трансмісійної електронної мікроскопії (TEM) Лінь та інші члени команди підготували частинку польового шпату (позначену як P2−001) з використанням методів фокусованого іонного променя (FIB) і виявили, що її поверхня не містить наночастинок металевого заліза (npFe⁰), які зазвичай присутні у зразках програми «Аполлон». Типово, поверхня польового шпату у зразках «Аполлон» має шар, осаджений з пари, що утворюється при ударах мікрометеоритів і містить npFe⁰.

Дослідники додатково провели EDS-картування семи інших FIB-зрізів під TEM, і результати не показали суттєвих відмінностей у складі між краями та внутрішніми частинами цих мінералів. Усі області, що демонструють помітні ознаки космічного вивітрювання — включаючи аморфізовані шари, везикули та зерна npFe⁰ — були узгоджені зі складом субстратного мінералу, що вказує на те, що ці особливості можна пояснити пошкодженням, спричиненим випромінюванням сонячного вітру на субстратних мінералах.

Лінь також виміряла товщину аморфізованих шарів і розміри зерен npFe⁰, підрахувала треки сонячного вітру в піроксені та олівіні, щоб оцінити час впливу сонячного вітру на частинки. Дослідження виявило, що час впливу сонячного вітру на зразки Chang'e-6 був близьким до мінімального, спостереженого у зразках «Аполлона-11», нижчим, ніж у інших зразках «Аполлона», і дещо коротшим, ніж у зразках Chang'e-5.

Однак, на диво, розміри зерен npFe⁰ у зразках Chang'e-6 були більшими. «Це може свідчити про те, що випромінювання сонячного вітру в цій області призводить до більш вираженої сегрегації та агрегації заліза», — зазначила вона. Ці захоплюючі нові результати доповнюють зростаючі докази того, що космічне вивітрювання на зворотному боці Місяця може відрізнятися від того, що відбувається на видимому боці, і, на відміну від попередніх висновків із зразків «Аполлона» та Chang'e-5, випромінювання сонячного вітру відіграє більш домінуючу роль у процесі космічного вивітрювання на зворотному боці Місяця.

Існують відмінності у впливі сонячного вітру на різні регіони Місяця. Протягом кожного синодичного місяця, видимий бік Місяця входить у магнітний хвіст Землі, де захист, що забезпечується земним магнітним полем, зменшує його вплив сонячного вітру; натомість зворотний бік постійно піддається прямому випромінюванню сонячного вітру.

Крім того, через орбітальну динаміку різні місця на Місяці зазнають різних швидкостей удару від кометних і астероїдних метеороїдів. Відносна швидкість між поверхнею Місяця та метеороїдами, що влучають, змінюється з місячною фазою: під час повного місяця, коли Місяць і метеороїди рухаються в одному орбітальному напрямку, відносна швидкість збільшується; протилежне відбувається під час нового місяця.

Удари мікрометеороїдів та випромінювання сонячного вітру є двома основними процесами, що спричиняють космічне вивітрювання, але ефективна швидкість розпилення від сонячного вітру та осадження пари від ударів мікрометеоритів компенсують одне одного. Тому при обговоренні механізмів космічного вивітрювання важливо враховувати відносний внесок обох факторів у різних космічних середовищах.

Результати аналізу зразків Chang'e-6 вказують на те, що на зворотному боці Місяця вплив сонячного вітру перевищує вплив ударів мікрометеоритів, що додатково демонструє, що процес космічного вивітрювання регулюється варіаціями в космічному середовищі.

З моменту отримання перших зображень зворотного боку Місяця в 1959 році стало очевидно, що його топографія помітно відрізняється від видимого боку — явище, відоме як «дихотомія» Місяця. Однак чи проявляє місячне космічне середовище також подібну «дихотомію», досі можна було лише припускати на основі даних дистанційного зондування.

Останній аналіз зразків Chang'e-6 надає прямі, засновані на зразках докази цієї гіпотези, підкреслюючи критичну роль змінних космічного середовища в процесі космічного вивітрювання. Це відкриття не лише поглиблює наше розуміння того, як випромінювання сонячного вітру та удари мікрометеоритів формують місячну поверхню, але також пропонує важливі інсайти для вивчення еволюції космічного вивітрювання інших безповітряних тіл.