Российские ученые раскрыли механизм рождения воды на астероидах

Астероиды долго считались сухими и безжизненными объектами. Однако последние наблюдения с помощью наземных телескопов и космических миссий показали обратное. Даже богатые силиката S-типа тела содержат молекулярную воду в концентрациях, сопоставимых с участками Луны, освещёнными Солнцем. Возникает вопрос: откуда вода в условиях холодного космоса? Традиционная гипотеза о кометных поставках не объясняет весь объём, а прямое воздействие солнечного ветра пока не дало убедительного объяснения.

Сложность кроется в космическом выветривании поверхности астероидов. Потоки микрометеоритов разрушают породу до реголита, а ультрафиолетовое излучение и протонный поток солнечного ветра атакуют эти песчинки. Протон может внедриться в кристаллическую решётку силиката и соединиться с атомом кислорода, создавая гидроксильную группу OH. Чтобы образовалась полноценная молекула воды, нужен второй протон в той же точке одновременно, что крайне маловероятно в разреженном потоке частиц, делая классический механизм сомнительным.

Учёные из ИКИ РАН и МФТИ предложили другой подход, учитывая состав реголита и опыт работы с лунным грунтом. Они сосредоточились на возможных промежуточных соединениях, способных «накопить» водород и ослабить связь кислорода с кремнием. Ключевую роль в модели сыграл сульфид серебра, найденный ранее в образцах с Луны. Хотя серебро редкое, микровключения в кварце или полевом шпате могут кардинально менять локальную химию.

Механизм включает несколько этапов. Протон солнечного ветра проникает в реголит на сотни нанометров, разрывает связь Si–O и формирует гидроксильную группу. Сульфид серебра диффундирует к месту контакта с кварцем и захватывает OH, создавая гидроксид серебра.

Юлия Резниченко, МФТИ и ИКИ РАН: «Преимущество схемы в том, что не требуется одновременное попадание двух протонов. Гидроксид серебра служит стабильным хранилищем. Когда приходит новый протон, он соединяется с гидроксильной группой, вытесняя металл, и образуется вода. В реголит возвращаются частицы самородного серебра».

Процесс эффективен в тонком поверхностном слое реголита, около десятой доли микрона. Постоянное перемешивание грунта микрометеоритами увеличивает эффективность реакции за геологические периоды. Расчёты показывают, что такая вода может составлять около миллионной части массы реголита, что совпадает с наблюдаемыми данными S-типа астероидов.

Новый подход объясняет, как вода удерживается на поверхности, несмотря на вакуум и высокие температуры. Молекулы «заперты» в кристаллической структуре или микропорах, что защищает их от сублимации.

Сергей Попель, ИКИ РАН, МФТИ: «Вода меняет работу выхода электронов с поверхности. Даже небольшое содержание воды ослабляет процессы фотоэффекта и формирование плазмы. Это влияет на накопление электрических зарядов и динамику пыли. По поведению пыли можно косвенно судить о влажности реголита».

Проверка теории возможна двумя методами: оптическими наблюдениями за пылью для оценки электрических свойств и детектированием потоков нейтронов в грунте. Нейтронное зондирование, успешно применённое на Луне, чувствительно к водороду в составе воды и гидроксильных групп. Совпадение данных подтвердит «серебряный механизм». Если вода синтезируется солнечным ветром на астероидах, это расширяет список потенциально обитаемых миров и меняет представления о доставке воды на молодую Землю. Планируется изучить влияние других металлов и их сульфидов на эти процессы.

Читайте также: