Дистанционное зондирование лунной коры в инфракрасном диапазоне при поисках воды
20 июля 2026 г.
Сотрудники Института геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского РАН изучили особенности инфракрасных спектров (полный ИК-интервал) основного минерала лунных пород – анортита (Ca-плагиоклаз), содержащего воду.
Проведено сравнение численных моделей, построенных с помощью CUSTEP (Biovia Materials Studio), и измерений природных образцов с применением ИК-спектрометрии. Для этих целей использовался Фурье-спектрометр ФТ-801 с приставкой для метода двойного прохождения (Симекс, Новосибирск). Рассмотрены приложения к поиску воды на планетах земной группы, а также роль анортитов в качестве индикаторов изотопного состава абсорбированной воды для поверхности Луны. Дешифровка инфракрасных спектров будет иметь важное значение для анализа данных орбитальной космической миссии «Луна-26». Результаты опубликованы в журнале «Астрономический Вестник» / «Solar System Research» (Voropaev et al., 2026).[1]
Спектры отражения/пропускания ИК-излучения и оптический показатель преломления «сухого» анортита отличаются от «влажного», то есть содержащего группы H2O/D2O/HDO и OH/-OD. При этом вода может быть включена в кристаллическую структуру и/или адсорбироваться на поверхности частиц. Анортит важен как основной породообразующий минерал лунной континентальной коры, которая покрывает более 70% поверхности Луны. Представлены результаты численного моделирования с помощью модуля ALT/CUSTEP (Biovia Materials Studio) и экспериментальных исследований с помощью ИК Фурье-спектрометра с подключаемыми приставками для пропускания/диффузного отражения, а также Рамановского спектрометра inVia Renishaw Reflex. Численные расчёты показали, что кристаллическая решетка анортита остается стабильной при вхождении в нее гидроксильных групп и молекулярной воды. Спектры комбинационного рассеяния показали формирование сложной сети скоплений воды на поверхности анортита после увлажнения. Рассчитанные ИК-спектры изотопов воды, абсорбированной анортитом, были сопоставлены с наблюдениями летающей инфракрасной обсерватории SOFIA (NASA/DLR). Наличие изотопных форм ‒OH/–OD и HDO воды подтверждено в полученном ИК-спектре, но для обнаружения D2O потребуется дополнительное удаленное зондирование в рекомендованных интервалах.
«На основе проведенных исследований были отобраны характерные области ИК спектра (fingerprint) с наиболее существенными различиями, вызванные взаимодействиями атомов кристаллической решетки с гидроксильными группами и молекулярной водой различного изотопного состава», – прокомментировал ведущий научный сотрудник лаборатории геохимии углерода им. Э. М. Галимова ГЕОХИ РАН к.ф.-м.н. С. А. Воропаев.
Эти особенности важно учитывать, поскольку реакции биосистем с водой могут варьироваться в зависимости от количественных и качественных изменений в ее изотопном составе. Эволюция живых организмов привела к формированию ряда биохимических процессов, в основном с ведущей ролью легких изотопов. Фракционирование изотопов, происходящее в организме человека в ходе метаболизма, сопровождается фиксацией легких изотопов и удалением тяжелых стабильных изотопов воды. Употребление воды с повышенной концентрацией тяжелых изотопов, D или 18O/17O, со временем вызывает выраженное токсическое воздействие на организм человека. Таким образом на Луне недостаточно только найти воду, необходимо эффективно определять ее изотопный состав.
Спектроскопические методы доказали свою эффективность в данной области. Целью проведенной работы было определение влияния изотопного состава воды в основном минерале лунной коры (анортит) на результирующие ИК спектры поглощения и отражения. Это важно, как для полевых исследований, так и для анализа данных орбитальной космической миссии «Луна-26».
Источник: ГЕОХИ РАН.