Науковці вивчили первинні зразки ґрунту, отримані з тильного боку Місяця.

Завдяки китайській місії Chang'e-6, науковці вперше отримали та проаналізували зразки з невидимого боку Місяця.

Китайська місія Chang'e-6 досягла значного успіху, ставши першою, яка повернула на Землю зразки з прихованого боку Місяця. Дослідники з Гуанчжоуського інституту геохімії Китайської академії наук, під керівництвом докторів Хайянга Сяня та Цзяньсі Чжу, опублікували результати свого дослідження у журналі National Science Review. Їхня стаття має назву "Відмінності космічного вивітрювання між видимим і зворотним боком Місяця: докази із зразків Chang'e-6".

Доктор Сянь став одним із перших науковців, які отримали частину зразків місії Chang'e-6 у серпні 2024 року, завдяки своєму попередньому досвіду роботи з матеріалами місії Chang'e-5. Ця подія увійшла в історію як перший випадок, коли фізичні зразки були безпосередньо зібрані з тіньової сторони Місяця. Дослідницька команда ставила перед собою мету вивчити, яким чином космічне вивітрювання — процес, що змінює місячну поверхню під впливом сонячного вітру та ударів мікрометеоритів — відбувається на невидимій стороні супутника.

Під наглядом доктора Сяня, аспірантка Лінь Цзяжуй з Центру електронної мікроскопії інституту провела ретельне дослідження зразків, використовуючи скануючий електронний мікроскоп (SEM). Для збереження поверхневих характеристик, вона обережно розподілила дрібнозернистий місячний пил на провідний адгезив, потім покрила його вуглецевою плівкою товщиною 10 нанометрів і проводила спостереження при низькій напрузі в 3 кВ. Після аналізу майже 1000 частинок, вона виявила, що зразки місії Chang'e-6 мають менше розплавлених крапель і бризок на своїй поверхні в порівнянні з попередніми місячними зразками.

Для детальнішого вивчення ефектів вивітрювання дослідниця використала енергодисперсійну спектроскопію (EDS) для відбору семи мінеральних частинок з різним складом. Разом ці частинки представляють основні типи місячних мінералів і формують основу для глибшого дослідження того, як еволюціонує поверхня Місяця під впливом космічного середовища.

У подальших дослідженнях, проведених за допомогою трансмісійної електронної мікроскопії (TEM), Лінь та його колеги підготували частинку польового шпату, позначену як P2-001, використовуючи методи фокусованого іонного променя (FIB). В результаті аналізу було встановлено, що на поверхні цієї частинки відсутні наночастинки металевого заліза (npFe⁰), які, як правило, присутні у зразках, взятих під час програми "Аполлон". Зазвичай, поверхня польового шпату у зразках з "Аполлона" має шар, сформований внаслідок осадження з пари, що виникає при ударах мікрометеоритів, і містить npFe⁰.

Дослідницька команда також виконала EDS-картування семи інших FIB-зрізів з використанням TEM, і результати не виявили значних відмінностей у складі між краями та внутрішніми структурами цих мінералів. Усі зони, що демонструють помітні ознаки космічного вивітрювання — зокрема, аморфізовані шари, везикули та частинки npFe⁰ — виявилися узгодженими зі складом субстратного мінералу. Це свідчить про те, що ці характеристики можуть бути пояснені пошкодженнями, спричиненими сонячним вітром на субстратних мінералах.

Лінь також провела вимірювання товщини аморфних шарів і розмірів зерен npFe⁰, а також підрахувала сліди сонячного вітру в піроксені та олівіні, щоб оцінити тривалість впливу сонячного вітру на частинки. Дослідження показало, що час впливу сонячного вітру на зразки Chang'e-6 був близьким до мінімального, зафіксованого у зразках "Аполлона-11", нижчим у порівнянні з іншими зразками "Аполлона" та дещо коротшим, ніж у зразках Chang'e-5.

Проте, дивлячись на результати, виявилося, що розміри частинок npFe⁰ у зразках місії Chang'e-6 виявилися більшими. "Це може вказувати на те, що вплив сонячного вітру в цій місцевості сприяє більш інтенсивній сегрегації та агрегації заліза", – зазначила вона. Ці захоплюючі нові дані доповнюють зростаючі свідчення того, що процеси космічного вивітрювання на зворотному боці Місяця можуть суттєво відрізнятися від тих, що спостерігаються на видимій стороні. На відміну від попередніх висновків, отриманих із зразків "Аполлона" та Chang'e-5, виявляється, що сонячний вітер має значно більший вплив на процеси космічного вивітрювання на зворотному боці Місяця.

Існують відмінності у впливі сонячного вітру на різні регіони Місяця. Протягом кожного синодичного місяця, видимий бік Місяця входить у магнітний хвіст Землі, де захист, що забезпечується земним магнітним полем, зменшує його вплив сонячного вітру; натомість зворотний бік постійно піддається прямому випромінюванню сонячного вітру.

Крім того, завдяки орбітальній динаміці різні ділянки Місяця піддаються різним швидкостям удару від комет і астероїдів. Відносна швидкість між поверхнею Місяця та метеороїдами, що вдаряють, варіюється залежно від місячної фази: під час повного місяця, коли Місяць і метеороїди рухаються в одному напрямку, ця швидкість зростає, тоді як під час нового місяця відбувається протилежне.

Ударні хвилі мікрометеороїдів і випромінювання сонячного вітру є двома ключовими процесами, що викликають космічне вивітрювання. Проте швидкість руйнівного впливу сонячного вітру і накопичення матеріалу внаслідок зіткнень з мікрометеоритами взаємно нейтралізують один одного. Тому, аналізуючи механізми космічного вивітрювання, важливо враховувати відносні внески цих двох факторів у різних космічних умовах.

Аналіз зразків, отриманих під час місії Chang'e-6, свідчить про те, що на тильній стороні Місяця дія сонячного вітру є більш вагомою, ніж удари від мікрометеоритів. Це ще раз підтверджує, що процеси космічного вивітрювання залежать від змін у космічному середовищі.

З моменту, коли в 1959 році були отримані перші зображення зворотного боку Місяця, стало ясно, що його рельєф суттєво відрізняється від того, що ми можемо спостерігати з Землі. Цей факт отримав назву "дихотомія" Місяця. Проте, чи має місячне космічне середовище таку ж "дихотомію", досі залишалося лише предметом припущень, спираючись на результати дистанційного зондування.

Останній аналіз зразків Chang'e-6 надає прямі, засновані на зразках докази цієї гіпотези, підкреслюючи критичну роль змінних космічного середовища в процесі космічного вивітрювання. Це відкриття не лише поглиблює наше розуміння того, як випромінювання сонячного вітру та удари мікрометеоритів формують місячну поверхню, але також пропонує важливі інсайти для вивчення еволюції космічного вивітрювання інших безповітряних тіл.