Лабораторен експеримент получи вода от лунен прах

Изследователи са намерили начин в лаборатория да освободят вода от лунния прах, което може да се използва за снабдяване с вода на бъдещи лунни бази.

Учените отдавна знаят, че Луната е суха, но последните космически мисии са открили следи от водни пари в нейната хипер-слаба екзосфера – слой от газ толкова тънък, че не може наистина да се нарече атмосфера.

Също така са открили лед в постоянно затъмнените „студени капани“ на дъното на дълбоките кратери близо до южния полюс на Луната. Теориите за това, откъде идва тази вода, са многобройни, вариращи от изтичане на пара от дълбокия интериор на Луната, до лед, доставян на повърхността й от метеорити или комети.

Една от водещите теории е, че водата може да бъде произведена от слънчевия вятър, който се състои от високоенергийни частици, идващи от слънцето.

Сред тези частици са протоните, които са просто водородни атоми, лишени от техните електрони. С други думи, те са половината от това, което е нужно, за да се образува H2O.

Другата половина, кислородът, е изобилен в минералите на лунните скали. Това означава, че когато високоенергийните протони се блъскат в лунните скали, последните могат да реагират с кислородните атоми в тях, за да се образува вода, която по-късно се освобождава в екзосферата.

За да разбере дали това наистина може да работи, екип, ръководен от Ралф Кайзер, физикохимик в Хавайския университет в Маноа, САЩ, проведе два лабораторни експеримента.

Първо, те поставят прахообразни оливинови кристали – минерал, който е изобилен на Луната, във вакуумна камера и ги охлаждат до 10 градуса по Келвин (минус 263 градуса по Целзий), температура, при която всяка вода, образувана в кристалите, би се натрупала до нива, на които по-късно може да се измери.

Тъй като протоните не проникват много далеч в скалите, за да се направи процесът по-ефективен, се използва прахообразен оливин. След това учените обливат симулирания лунен прах с достатъчно радиация, за да имитират слънчев вятър в продължение на 300 години.

След това те нагряват скалите до 300 градуса по Келвин (27 градуса по Целзий). Скалите обаче не са изпуснали водни пари.

Други изследователи са опитвали подобен опит, казва Кайзер, като някои от тях намират емисии на вода от скалите, а други не.
Най-вероятно, обяснява той, тези, които са намерили водни емисии, просто откриват вода от земната атмосфера, която никога не е напълно отстранени от вакуумните камери. Тази вода след това се е отлагала върху студените частици прах, както росата на есенната трева.

„Това се случва и в хладилник – казва Кайзер. – Ако имате студена повърхност, на нея се натрупват всички видове боклуци“.

За да преодолее този проблем, неговия екип започва да използва вакуумна камера, способна да държи ултра-тънък вакуум. След това, тъй като вакуумната камера не е съвършена, те облъчват симулирания лунен прах с деутериеви йони вместо с водород.

Деутерият е форма на тежък водород, чието ядро е съставено от протон плюс неутрон, а не просто от протон.

Химически, той е идентичен с водорода, но на Земята е само 0,01%. Това означава, че всяка деутерирана вода, излъчвана от облъчените скали, би трябвало да се образува от бомбардирането с деутерий, вместо да е лабораторен замърсител.

Фактът, че в този експеримент не се отделя вода, не означава, че няма такава там. Тя може просто да е прекалено плътно свързана с минералните частици, които се освобождават при умерени температури.

Например, казва Кайзер, симулираните частици от слънчевия вятър може да са реагирали не само с кислорода в оливина, но и със силиция, за да образуват вещество, известно като силанол, което има химическа нотация Si-OH (въпреки че в този случай трябва да бъде отбелязано като Si-OD, в което „D“ е деутерий).

Но слънчевото отопление не е единственият енергиен източник, който може да освободи вода от такъв химически комплекс. Освен че са затоплени от слънцето, казва Кайзер, лунните скали постоянно се бомбардират от микрометеорити, при ударите от които, за кратко време могат да се качат локалните температури до 1400 градуса по Келвин (или приблизително 1100 градуса по Целзий).

Екипът на Кайзер не е бил способен да загрее праха до температури, дори далече не толкова високи. „Не можем да отидем по-високо от 320 градуса по Келвин или ще унищожим нашата машина“, казва той.

Вместо това, те „бомбардират“ облъчения прах с микро-избухвания от лазер, предназначен да симулира кратките периоди на топлина, създадена от микрометеоритните въздействия. И този път успяват – получават вода.

„Точно какво количество вода може да се образува по този начин е все още неясно“, казва Кайзер, но „при нашите условия знаем, че няколко процента от протоните могат да бъдат преобразувани по този начин“.
Това е важна констатация по две причини.

Първо, това е лабораторна демонстрация (Кайзер я нарича доказателство за концепцията) на теорията, че водата на Луната може да е поне частично произлязла от протони в слънчевия вятър.

И второ, това също означава, че водата, уловена от лунния прах, може да бъде ценен ресурс за бъдещите астронавти.

„Ако искаме колонизацията на Луната да се случи, хората се нуждаят от питейна вода“, казва Кайзер. „И не само това, но водата може също да се превърне във водородни и кислородни газове, които след това могат да се изгарят като много необходимо гориво“.

Изследването е публикувано в Proceedings of the National Academy of Sciences