Российские ученые раскрыли «серебряный» механизм рождения воды на скалах астероидов
Ученые выяснили, как на поверхностях астероидов появляются молекулы воды. По всем законам физики вода должна мгновенно испаряться под воздействием Солнца, но ее молекулы оказываются «запертыми» внутри реголита. Механизм раскрыли специалисты Института космических исследований РАН и МФТИ.
Российские ученые провели как теоретический анализ, так и физико-химическое моделирование. Результаты работы они изложили в статье, опубликованной в журнале «Вестник Московского университета».
Долгое время считалось, что астероиды — безводные и стерильные объекты. Но в ходе исследований, проведенных с помощью наземных обсерваторий и космических аппаратов, стало ясно: на астероидах, даже S-типа, богатых силикатами, присутствуют молекулы воды. Концентрации сопоставимы с теми, ранее находили в областях Луны, освещенных Солнцем.
Согласно традиционной гипотезе, воду на астероиды занесли кометы, состоящие из большого количества льда. В соответствии с такой теорией вода преимущественно присутствовала на тех астероидах, которые находились далеко от Солнца. Ее перенос — результат динамических процессов в Солнечной системе.
Однако гипотеза подвергается сомнению: ученые пытались объяснить синтез прямым воздействием солнечного ветра, но пока эти исследования были безрезультатными. Все дело в том, что поверхность астероида постоянно подвергается ударам маленьких метеоритов, которые дробят породу в реголит. А мелкую пыль, в свою очередь, атакуют ультрафиолетовое излучение и солнечный ветер.
Солнечный ветер преимущественно состоит из протонов. Протон мог бы внедриться в кристаллическую решетку силиката, например диоксида кремния, и, соединившись с атомом кислорода, образовать гидроксильную группу OH. Однако на практике все сложнее: чтобы родилась полноценная молекула воды, нужен второй протон, который бы попал в ту же самую точку в то же самое время, что маловероятно.
В этой связи ученые ИКИ РАН и МФТИ предложили свой механизм. Протон солнечного ветра проникает в реголит на глубину около 100 нанометров, разрывает связь между кремнием и кислородом в кварцевой решетке и образует временную гидроксильную группу. Затем к месту контакта кварца и сульфида перемещается сульфид серебра — это происходит за счет диффузии, которая под воздействием света протекает довольно быстро, — и, «перехватывая» гидроксильную группу у кремния, образует гидроксид серебра.
При такой схеме не требуется, чтобы два протона солнечного ветра одновременно попали в одну точку на поверхности астероида. Гидроксид серебра — «долгоживущее хранилище», которое будет легко взаимодействовать с еще одним протоном, который попадет в ту же область спустя какое-то время.
«Поскольку серебро в электрохимическом ряду активности стоит значительно правее водорода, протон просто вытесняет металл, объединяясь с гидроксильной группой в молекулу воды, — объяснила младший научный сотрудник ИКИ РАН и ассистент кафедры высшей математики МФТИ Юлия Резниченко. — На выходе мы получаем чистую воду и частицы самородного серебра, инкорпорированные в грунт».
Эффективнее всего такой процесс будет протекать в приповерхностном слое реголита. Именно здесь, на глубине всего 0,1 мкм, создаются идеальные условия для контакта минеральных фаз и обстрела протонами.
Как показали расчеты, доля воды, которая образуется таким путем, может составлять около миллионной части от массы реголита.
Этот же механизм объясняет и удержание воды на поверхности астероидов. Молекулы становятся частью структуры реголита, как бы запираясь внутри кристаллической матрицы или в микроскопических порах между зернами минералов. Это защищает их от палящих лучей Солнца.
Из-за воды физические свойства астероида меняются: солнечный свет, падающий на поверхность, выбивает электроны, поэтому над астероидом появляется плазменно-пылевая экзосфера. Также присутствие воды в грунте меняет работу выхода электрона с поверхности.
«Работа выхода электрона в чистом льде значительно выше, чем у обычного грунта на Луне или астероиде, — подчеркнул заведующий лабораторией плазменно-пылевых процессов в космических объектах ИКИ РАН, профессор МФТИ Сергей Попель. — Это означает, что даже небольшое содержание воды в реголите способно ослабить процессы фотоэффекта и формирования пылевой плазмы над соответствующим участком поверхности». В зависимости от того, как ведет себя пыль, ученые могут косвенно оценить «влажность» грунта небесного тела.
Для проверки своей теории ученые предлагают объединить оптические наблюдения за пылью рядом с поверхностью астероидов и детектирование потоков нейтронов, которые проходят через грунт. Если данные совпадут, то это станет аргументом в пользу «серебряного механизма».
Если вода действительно способна синтезироваться на астероидах под действием солнечного ветра, то список потенциально обитаемых миров может пополниться. Кроме того, это меняет представления о том, как вода попала на раннюю Землю. Ученые планируют детально изучить роль других металлов и их сульфидов в подобных процессах.
Какие виды астероидов существуют, чем они отличаются от метеоритов и откуда берутся — собрали все, что нужно знать об астероидах.
На обложке генерация Pro Космос
Самое популярное
