Проанализировав лунные образцы миссии "Чанъэ-5" (собранные с видимой стороны Луны), исследователи обнаружили большое количество многослойного графена местного происхождения. Это открытие ставит под сомнение широко распространенную гипотезу о том, что гигантский удар, сформировавший Луну, истощил ее запасы углерода — теорию, которую ранее подтверждали образцы из миссий "Аполлон".
Происхождение Луны является предметом интенсивных дебатов, в ходе которых было предложено несколько гипотез. Большинство из них основано на обнаружении и количественном определении углерода — важнейшего элемента для понимания формирования и эволюции планетарных тел. Наиболее распространенная теория предполагает, что Луна образовалась при столкновении малой планеты с Землей 4,5 миллиарда лет назад. На основании анализа образцов, взятых во время полетов "Аполлонов", широко распространено мнение, что это столкновение привело к истощению углерода на нашем естественном спутнике.
Однако недавно эта гипотеза была поставлена под сомнение, поскольку исследования выявили наличие на Луне значительных источников углерода. Так, в одном из исследований были обнаружены потоки выбросов ионов углерода по всей лунной поверхности, что подтверждает местное происхождение. Исследователи также предположили, что метеоритные удары могут приводить к образованию графитового углерода на поверхности.
Для дальнейшего изучения происхождения углерода на поверхности Луны команда из Цзилиньского университета (Китай) сосредоточилась на образцах, собранных в 2020 году лунным зондом "Чанъэ-5". Для того чтобы прийти к единому мнению о геологической эволюции естественного спутника, "крайне желательно распутать кристаллическую структуру коренной углеродной фазы, проведя дополнительные исследования характеристик молодых лунных образцов", — объясняют исследователи в своем исследовании, недавно опубликованном в журнале National Science Review.
Чтобы изучить происхождение лунного углерода, ученые в новом исследовании сосредоточились на графене, производном графита. По оценкам, около 1,9% межзвездного углерода находится в форме графена. Предыдущие исследования также выявили присутствие графена в протосолнечном облаке (облаке газа и пыли, из которого сформировалась Солнечная система) в углеродистых хондритах (каменистых метеоритах). Таким образом, изучение структуры графена местного происхождения позволит получить информацию о геологической эволюции планетарных тел.
В общей сложности 1,7 кг лунных образцов были собраны зондом "Чанъэ-5" из одного из самых молодых вулканических регионов на видимой стороне Луны. Для проведения анализа исследователи использовали рамановскую спектроскопию — передовую методику изучения крошечных частиц лунной породы диаметром в среднем 2,9 миллиметра. Они обнаружили графен в относительно больших количествах как в виде отдельных частиц, так и в связанном виде с другими элементами, такими как натрий, магний, алюминий, кремний, кальций, олово и железо. Дальнейший анализ также показал, что это был многослойный графен.
По мнению экспертов, графен образуется на месте в результате каталитических процессов, вызванных солнечным ветром, а также извержениями вулканов, которые происходили на Луне. Присутствие железа именно в богатых углеродом зонах позволяет предположить, что оно сыграло существенную роль в формировании графена. Кроме того, структура графена указывает на то, что он образовался при высокой температуре (вероятно, в результате вулканического процесса), что могло позволить железистым материалам взаимодействовать с молекулами богатого углеродом газа в солнечном ветре и образовать многослойный графен.
"Важно отметить, что этот механизм предполагает наличие на Луне процесса захвата углерода, который может привести к постепенному накоплению местного углерода", — объясняет команда в своем отчете. Именно наличие этого местного источника углерода ставит под сомнение гипотезу гигантского удара.
"Дальнейшее изучение свойств природного графена позволило бы получить больше информации о геологической эволюции Луны", — предполагают эксперты. Эти результаты также дают ценную информацию об имеющихся на месте ресурсах для создания будущих пилотируемых лунных баз.