Сьогодні Земля і Місяць виглядають зовсім по-різному, але їхня історія починалася майже однаково. За однією з найпоширеніших наукових гіпотез, нашій планеті колись «дісталося» від гігантського зіткнення з тілом розміром із Марс. Саме цей удар, імовірно, викинув у космос величезну кількість речовини, з якої згодом сформувався Місяць.
Проте далі їхні шляхи розійшлися. Земля отримала атмосферу й активну геологію, включно з тектонікою плит, яка постійно «перемішує» її надра та поверхню. А Місяць залишився майже незмінним — без атмосфери і без процесів, що могли б переробляти його склад протягом мільярдів років. Саме тому він став своєрідною «капсулою часу», яка зберігає інформацію про ранні етапи формування планет.
Особливу цінність для вчених мають місячні породи вулканічного походження, що утворилися майже 4 мільярди років тому. Досліджуючи їх, можна буквально зазирнути у далеке минуле — у ті часи, коли формувалися і Місяць, і сама Земля.
У новому дослідженні, опублікованому в Nature Communications, команда фізиків і геологів зосередилася на одному конкретному мінералі — ільменіті. Він складається із заліза, титану та кисню і є важливим «свідком» умов, у яких утворювалися місячні породи.
Вчені використали сучасну електронну мікроскопію, щоб детально вивчити хімічний склад цього мінералу в зразку, привезеному ще під час місії Apollo 17. І тут на них чекала несподіванка: приблизно 15% атомів титану виявилися в незвичному стані — з меншою електричною зарядженістю, ніж очікувалося.
Зазвичай титан у таких сполуках має заряд 4+, але частина атомів показала заряд 3+. Це важлива деталь, адже так званий «тривалентний» титан виникає лише тоді, коли в середовищі недостатньо кисню для повноцінних хімічних реакцій. Іншими словами, цей маленький хімічний «збій» став підказкою: у надрах Місяця під час формування цих порід кисню було менше, ніж вважалося раніше.
Це відкриття допомагає краще зрозуміти, якою була внутрішня хімія молодого Місяця приблизно 3,8 мільярда років тому. І хоча наразі досліджено лише один зразок, у наукових архівах уже є сотні подібних аналізів, які можуть містити такі ж ознаки.
Дослідники планують розширити роботу і перевірити, як змінювався склад Місяця в різних регіонах і в різні періоди. Вони також хочуть експериментально підтвердити, як саме кількість кисню впливає на утворення тривалентного титану.
Цікаво, що ці методи можна застосувати не лише до старих зразків із місій «Аполлон», а й до нових матеріалів. Наприклад, до майбутніх зразків, які планують доставити місії програми Artemis, або до порід, уже привезених китайською місією Chang’e-6 із зворотного боку Місяця.
У перспективі такі дослідження можуть допомогти відновити не лише історію самого Місяця, а й найдавніші сторінки історії Землі — ті, що давно стерті її активною геологією. І виходить, що відповіді на питання про наше минуле можуть ховатися зовсім поруч — у тих самих місячних каменях, які десятиліттями лежали в лабораторіях.