Российские ученые оценили глубину проникновения солнечного ветра в минералы лунного грунта

Сотрудники Института геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского Российской академии наук (ГЕОХИ РАН) совместно с коллегами из МГУ им. М.В. Ломоносова, Института общей физики имени А.М. Прохорова РАН и НИЦ «Курчатовский институт» провели экспериментальное исследование взаимодействия ионов водорода солнечного ветра с поверхностными слоями минералов, слагающих лунный реголит. Ученые впервые определили точную глубину имплантации ионов водорода в синтетических монокристаллах кварца и оливина — одних из ключевых породообразующих минералов Луны. Полученные данные имеют фундаментальное значение для понимания процессов накопления летучих соединений и воды на безатмосферных телах Солнечной системы.

Лунный реголит на протяжении миллиардов лет подвергается бомбардировке частицами солнечного ветра, которые имплантируются в поверхностные слои минеральных зерен. Этот процесс является ключевым для формирования летучих соединений, в том числе воды и гидроксильных групп, которые в перспективе могут рассматриваться как ценнейший ресурс для будущих лунных миссий. Однако понимание того, как глубоко проникают ионы водорода и как это зависит от свойств минерала, до сих пор оставалось предметом дискуссий.

Авторы провели серию экспериментов по облучению монокристаллов синтетического кварца и оливина молекулами водорода с энергией 5 кэВ, что соответствует энергиям частиц солнечного ветра. Используя дозу облучения 5×1015 ион/см², ученые измерили глубину проникновения ионов водорода, которая составила 810 Å для кварца и 620 Å для оливина.

«Мы обнаружили, что глубина имплантации ионов водорода существенно различается в зависимости от типа минерала. Это связано с различиями в кристаллической структуре и плотности кварца и оливина. Наши экспериментальные данные, скорректированные с учетом распыления поверхности водородным пучком, отлично согласуются с расчетами, выполненными с помощью программного пакета SRIM, а также с результатами предыдущих исследований», — рассказала один из авторов работы, научный сотрудник лаборатории геохимии Луны и планет ГЕОХИ РАН, кандидат физико-математических наук Мария Клюева.

По словам исследователей, полученные результаты имеют важное значение для разработки моделей космического выветривания и оценки ресурсного потенциала Луны. Понимание того, как солнечный ветер взаимодействует с различными минералами, позволяет более точно прогнозировать распределение и запасы летучих компонентов, таких как водород и гелий, в лунном грунте. Ранее ученые ГЕОХИ РАН уже показали, что разные минералы (например, ильменит и плагиоклаз) демонстрируют разную способность удерживать имплантированный гелий. Новые данные о глубине проникновения водорода дополняют эту картину и приближают создание комплексных геохимических карт лунных ресурсов.

Исследование выполнено при финансовой поддержке Минобрнауки России.

Источник: Официальный ресурс Министерства образования и науки Российской Федерации