Как сообщает Xinhua, китайские исследователи разработали новый метод массового получения воды путем реакции между лунным реголитом и эндогенным водородом. Их исследование было опубликовано в журнале The Innovation в четверг. Изучение содержания воды на Луне играет жизненно важную роль в строительстве будущих научно-исследовательских баз и выживании людей. Результаты предыдущих исследований Луны показали, что лед может существовать в естественном состоянии на северном и южном полюсах Луны и в ее постоянно затененных областях.
Однако содержание воды в лунных минералах крайне мало — от 0,0001 до 0,02 процента, согласно данным Института технологии и инженерии материалов Нинбо (NIMTE) Китайской академии наук (CAS). Добыча и использование воды in situ на Луне остается сложной задачей.
Недавно ученые из NIMTE, Института физики КАН, Китайской академии космических технологий, Лаборатории материалов озера Суншань, Нанкинского университета и Харбинского технологического института использовали образцы лунного реголита, привезенные миссией «Чанъэ-5», для проведения соответствующих исследований различных лунных минералов.
Они обнаружили, что солнечный ветер в течение миллиардов лет облучал минералы в лунном грунте и накопил большое количество водорода. При нагревании до высоких температур водород вступает в реакцию с оксидами железа в минералах, образуя элементарное железо и большое количество воды. Когда температура поднимается выше 1 000 градусов Цельсия, лунный грунт плавится, а вода, образующаяся в результате этой реакции, выделяется в виде пара.
Исследователи подтвердили, что 1 г расплавленного лунного реголита может генерировать 51-76 мг воды. «Другими словами, 1 тонна лунного реголита может произвести более 50 кг воды, что может удовлетворить ежедневные потребности в питьевой воде 50 человек в день», — говорит Ван Цзюньцян, профессор NIMTE. Кроме того, исследователи дополнительно изучили различия в содержании водорода в разных лунных минералах. Оказалось, что лунный ильменит FeTiO3 содержит наибольшее количество водорода, имплантированного солнечным ветром, среди пяти основных минералов, включая ильменит, плагиоклаз, оливин, пироксен и лунное стекло, в лунном реголите.
Эксперименты по нагреванию in situ показали, что водород, сохранившийся в лунных минералах, является значительным ресурсом для получения воды на Луне. Исследователи детально изучили атомную структуру лунного ильменита. Они обнаружили, что по сравнению с ильменитом на Земле, расстояние между атомами в лунном грунте значительно увеличилось из-за присутствия водорода.
Результаты моделирования показали, что в ильмените лунного грунта есть субнанотуннели, которые могут поглощать и накапливать множество атомов водорода из солнечного ветра.
Эксперимент также показал, что температура образования воды может быть снижена с 800 градусов Цельсия до 200 градусов Цельсия.
Этот результат может объяснить изменение распределения водорода на Луне в зависимости от широты. Экваториальное положение Луны наиболее сильно облучается солнечным ветром, который содержит много электронов. Таким образом, больше водорода восстанавливается до водяного пара и улетучивается, в то время как высокие широты меньше страдают от облучения электронами солнечного ветра и могут удерживать больше водорода.
По словам представителей NIMTE, эти открытия позволяют впервые взглянуть на исследование воды на Луне.
Зонд «Чанъэ-5», вернувшийся на Землю 17 декабря 2020 года, достал 1731 грамм лунных образцов, состоящих в основном из камней и грунта с лунной поверхности.
