Метеориты выбили из Луны по 200 тонн воды в год
Мелкие метеориты, которые постоянно бомбардируют поверхность Луны, «выбивают» из лунных пород в окололунное пространство около 200 тонн воды в год, выяснили авторы статьи, опубликованной в Nature Geoscience. Результаты исследования указывают, что вода в небольших количествах присутствует на глубине более восьми сантиметров под поверхностью и сохранилась там со времен ранней истории спутника Земли.
В 1960-е годы, когда Луну начали исследовать с помощью автоматических зондов и пилотируемых экспедиций, ученые были убеждены, что естественный спутник — абсолютно сухое тело, и вся вода, которая могла на нем существовать, давно испарилась в космос. В этом их убедили результаты изучения образцов грунта, привезенных миссиями «Аполлонов» и советскими станциями серии «Луна».
Однако в 1990-е годы, были получены данные, которые поколебали этот взгляд. В частности, данные с зонда Lunar Prospector указали на признаки присутствия большого количества водяного льда в постоянно затененных зонах у лунных полюсов. Позже эти наблюдения были подтверждены аппаратами LRO и LCROSS. Как полагают ученые, отложения льда в «холодных ловушках» могли образоваться в результате падения метеоритов, содержащих гидратированные минералы и ядер комет, состоящих в основном изо льда. При ударе о поверхность Луны молекулы воды высвобождались, а затем могли «конденсироваться» в холодных ловушках, где оставались на миллиарды лет.
Хотя ученым удалось построить модели лунного круговорота воды (включая образование воды в результате «имплантации» протонов солнечного ветра, высвобождение воды в результате падения метеоритов, и ее транспортировку через лунную экзосферу), некоторые вопросы оставались непроясненными. Например, было неясно, является ли основным источником воды само вещество поверхности или метеорных тел, могут ли удары метеоритов постоянно поддерживать определенную концентрацию воды в экзосфере и могут ли они быть главным источником воды в холодных ловушках. В частности, данные Lunar Prospector указывали, что в верхнем слое лунного грунта содержится от 180 до 1350 ppm воды, что указывало на ее возможное солнечное происхождение, однако индийский аппарат «Чандраян-1» не увидел воды в верхнем слое грунта в тех же районах.
Группа ученых под руководством Мехди Бенны (Mehdi Benna) из космического центра NASA имени Годдарда решила ответить на эти вопросы, проанализировав информацию, собранную лунным орбитальным зондом LADEE (Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer). Этот аппарат во время восьмимесячной миссии исследовал состав лунной экзосферы с помощью спектрометра NMS — он сумел собрать данные о количестве ключевых летучих веществ, в том числе метана, гелия, неона, аргона и других. Кроме того, в ходе миссии зонд произвел 743 измерения количества молекул воды и гидроксильных групп OH.
Медианное значение составило 22,8 молекул на кубический сантиметр, но ученые обнаружили 214 случаев резкого превышения концентрации воды над «фоном» — более чем в 10 раз. Причем эти всплески приходились в основном на период с середины ноября 2013 года по середину января 2014 года, на который приходится период максимальной активности хорошо известных метеорных потоков, известных под названиями Леониды, Геминиды и Квадрантиды.
В этот период и Луну, и Землю бомбардирует поток метеороидов, в том числе достаточно крупных тел размером десятки метров. Бенна и его коллеги выяснили, что в большинстве случаев резкое повышение концентрации воды по данным NMS совпадало с максимумом активности метеорных потоков. Расчеты показывают, что большая часть воды «генерировалась» при ударах метеороидов массой от долей грамма до десятков килограммов, которые могли достаточно глубоко проникать в толщу лунного грунта. Это означает, что на глубине ниже 8 сантиметров в лунном грунте концентрация воды может составлять 220–520 ppm (долей на миллион) по массе.
По оценкам автора исследования, от 1,3×10^-17 до 3,2×10^-17 граммов воды метеориты извлекают в секунду с квадратного сантиметра лунной поверхности в секунду. Это означает, что за год в межпланетное пространство попадает около 200 тонн лунной воды.
Ранее мы писали, как была составлена карта лунной воды, что в прошлом Луна была существенно более «мокрой», и о том, как в перспективе запасы лунной воды могут пригодиться людям.
Сергей Кузнецов
Радиоимпульсы возникают в магнитосфере магнитара
Астрономы увидели, как галактический магнитар SGR J1935+2154 начал и перестал быть радиопульсаром. В этой фазе он пробыл 13 дней, спустя пять месяцев после того, как стал первым источником быстрого радиовсплеска в Млечном Пути. Это говорит в пользу теории о том, что подобные всплески связаны с намагниченными нейтронными звездами. Статья опубликована в журнале Science Advances. Впервые быстрые радиовсплески наблюдались 16 лет назад (хотя известны и более старые события), с тех пор было обнаружено несколько сотен подобных событий. Они представляют собой очень яркие импульсы радиоизлучения, которые длятся миллисекунды, чаще всего наблюдаются одиночные радиовсплески, однако известны и источники повторяющихся всплесков. При этом все источники находятся в других галактиках. Природа быстрых радиовсплесков до сих пор остается предметом споров и существует ряд теорий, объясняющих их. В 2018 году идея о том, что всплески могут возникать в магнитосфере намагниченных нейтронных звезд получила хорошее наблюдательное подтверждение, а в апреле 2020 года был обнаружен первый кандидат в источник быстрых радиовсплесков в Млечном Пути FRB 20200428, который укладывался в эту теорию. Его источником стал магнитар SGR J1935+2154, который находится в 21 тысяче световых лет от Солнца в остатке сверхновой G57.2+00.8. Группа астрономов во главе с Вэйвэем Чжу (Weiwei Zhu) из Национальной астрономической обсерватории Китайской академии наук сообщила, что наблюдала SGR J1935+2154 в фазе радиопульсара при помощи наземного радиотелескопа FAST. Наблюдения велись с 9 по 30 октября 2020 года и были инициированы сообщением команды радиотелескопа CHIME, обнаружившим от магнитара три всплеска 8 октября. При этом в период с мая по август источник не проявлял заметной активности, лишь 30 апреля и 24 мая наблюдались три радиовсплеска умеренной светимости. В общей сложности за 13 дней ученые зарегистрировали 795 импульсов, которые четко повторялись с периодом 3,2478 секунды. Фаза радиоимпульсов не совпадает с фазой рентгеновских пульсаций, в отличие от эпизода генерации быстрого радиовсплеска FRB 20200428, при этом светимости одиночных импульсов примерно на восемь-девять порядков ниже, чем у FRB 20200428. Импульсы обладают сложной субструктурой, которая напоминает наблюдаемые структуры импульсов у источников повторяющихся быстрых радиовсплесков. Исследователи предполагают, что эти результаты говорят в пользу идеи о том, что магнитары могут быть источниками быстрых радиовсплесков. Возможно всплески, подобные быстрым радиовсплескам, и их аналоги с более низкой светимостью, генерируются за счет разных механизмов. Радиоимпульсы способны возникать в фиксированной области магнитосферы и генерируются за счет обычных физических механизмов, ответственных за излучение радиопульсаров. Радиовсплески же могут порождаться во время сильных возмущений магнитосферы и могут быть связаны с некими взрывными процессами, это способно объяснить отсутствие наблюдаемого периода у источников повторяющихся быстрых радиовсплесков. О том, что такое быстрые радиовсплески и как их изучают, можно прочитать в блоге астрофизика Сергея Попова.