Что узнали ученые, размораживая лунный грунт

В декабре 1972 года астронавты «Аполлона-17» собрали образцы лунного грунта, запечатали некоторые из них прямо на поверхности Луны и передали ученым с одним условием: не вскрывать. Образцы лежали нетронутыми пятьдесят лет. Когда их наконец открыли, содержимое пробирок оказалось не таким, как они ожидали.

Последняя экспедиция на Луну завершилась 14 декабря 1972 года. Астронавты Юджин Сернан и Харрисон Шмитт собрали около 115 килограммов лунного грунта. Часть материала была немедленно передана в лабораторию. Некоторые намеренно остались нетронутыми.

Технологии в 1970-х годах были ограничены. Масс-спектрометрам того времени требовались граммы вещества для изотопного анализа, который занимал недели. Газовые компоненты пробы нельзя было собрать без физического разрушения пробы. Поэтому, по словам Лори Глейз, директора отдела планетарных наук НАСА, образцы были специально сохранены в ожидании будущего, что значительно улучшит исследовательские возможности».

Как хранился лунный грунт?

Существовало два метода хранения, и они применялись к разным образцам.

Пробирка с образцом 73001 была запечатана в вакууме прямо на Луне. Перед вылетом космонавты вбили в реголит металлический цилиндр и герметично запечатали его. Состав газа внутри трубки соответствовал лунной поверхности на момент отбора пробы.

Образец 73002 хранился в гелиевой атмосфере при минус двадцати градусах Цельсия в Центре космических полетов имени Джонсона в Хьюстоне. Замораживание замедляло химические реакции внутри образца и устраняло загрязнение. НАСА хранит некоторые лунные образцы в этом режиме с 1972 года. По данным Science.NASA, около двенадцати процентов всего материала лунных экспедиций до сих пор не обнаружено.

Семь чудес Луны: что еще вы не знали о спутнике

Когда были обнаружены образцы?

В 2019 году НАСА запустило программу анализа образцов ANGSA — Apollo Next Generation. Девяти научным группам, в состав которых входит более пятидесяти ученых, были переданы нетронутые образцы Аполлона-17.

В том же году была открыта первая часть пробы 73002. Основной этап начался 11 февраля 2021 года, когда лаборатория приступила к извлечению грунта из трубки. 23 февраля 2021 года начался сбор газа. Каждая ступень фиксировалась отдельно: давление, температура, состав выделяющихся газов.

Вакуумная пробирка 73001 оставалась закрытой дольше. Вскрытие состоялось в 2022 году в Центре космических полетов Годдарда в Мэриленде. Пробу туда доставили в контейнере с сухим льдом.

Европейское космическое агентство разработало специализированный инструмент для открытия запечатанных туб без потери содержимого. Система коллекторов, созданная в Вашингтонском университете в Сент-Луисе, собирала выбрасываемые газы на фракции до того, как к образцу прикасались физически. Компьютерная микротомография построила трехмерную модель содержимого пробирки, не разрушив его.

Анализ твердого вещества проводился на наноионном масс-спектрометре - NanoSIMS. Устройство отображает изотопный состав на уровне отдельных нанометров. Сочетание газового анализа, изотопного картирования и нанотомографии дало результаты, недостижимые с помощью инструментов эпохи Аполлона.

Что было обнаружено в запечатанной почве?

Главной находкой стало соотношение изотопов серы. В образцах 73001 и 73002 тяжелый изотоп S-33 оказался значительно слабее, чем в любом земном материале, в ранее изученных образцах Аполлона или в метеоритах. Результаты были опубликованы в 2026 году в Журнале геофизических исследований: Планеты.

Исследователи предложили два объяснения. По первой версии, аномалия образовалась в результате фотохимических реакций в ранней лунной атмосфере — тонком газовом слое, существовавшем миллиарды лет назад. Во-вторых, лунная сера унаследовала это соотношение изотопов от Тейи, протопланеты размером с Марс, столкновение которой с ранней Землей породило Луну.

В пробах также были обнаружены органические соединения. Аминокислоты присутствовали в концентрациях от 0,55 до 12,03 наномолей на грамм. Кроме того, были обнаружены соединения метиламина, этиламина, формальдегида и цианидов. Во время хранения в образцы могло попасть некоторое количество органических веществ; есть подозрение на загрязнение нейлоном из упаковочных материалов.

В чем польза открытия?

Программа «Артемида» планирует приземлиться на южном полюсе Луны. В постоянно затененных кратерах находится водяной лед. Чтобы доставить его на Землю без таяния и загрязнения, требуются технологии, которых НАСА раньше не имело.

Работа с замороженными образцами с Аполлона-17 дала практические ответы. Лаборатории разработали метод транспортировки криогенного лунного материала. Они научились открывать герметичные контейнеры без потери газовой фазы. Появились аналитические протоколы работы с веществом, которое никогда не контактировало с атмосферой Земли. По данным NPR, это одна из заявленных целей программы ANGSA.

Поэтому, когда образцы были наконец открыты, один из результатов был получен в результате самого процесса открытия. У ученых есть метод работы с материалом, которого у них раньше не было.

Ранее мы писали, почему НАСА собирается построить базу на Луне.