Как на Земле, так и на Луне большая часть воды была приобретена за счет бомбардировки небольшими метеоритами класса углеродных хондритов. Произошло это в течение примерно 100 миллионов лет после образования Солнечной системы, а вклад комет при этом был незначительным. Исследование было проведено под руководством известного специалиста по строению и истории Луны Альберто Саала, сотрудника Университета Брауна. При этом использовались образцы, доставленные на Землю экспедициями аппаратов Аполлон 15 и 17.

Основной частью исследования стал изотопный анализ лунных, земных и метеоритных образцов. В нем сравнивалось отношение количества обычных изотопов водорода и дейтерия, более тяжелого атома. Это отношение оказалось очень схожим в земных образцах, воде, сохранившейся в вулканическом стекле лунного грунта и хондритах, но одновременно отличным от типичных значений для комет.

Луна, как принято считать, образовалась из диска обломков Земли и крупного небесного тела (размером с Марс) после их столкновения примерно 4.5 миллиарда лет назад. Почему-то в этих обломках доминировали части, принадлежавшие некогда Земле, но тем не менее эта теория остается основной в настоящее время. При таком мощном столкновении обломки Земли должны были нагреться для невозможных для сохранения воды температур, и в течение долгого времени считалось, что Луна должна быть практически лишена воды. Однако собранные в ходе реализации программ Аполлон и Луна образцы показали обратное. В лунном грунте есть вода, а в постоянно скрытых тенью кратерах есть даже значительные запасы льда.

Есть два возможных объяснения этому факту. Возможно, часть воды в обломках Земли не была потеряна в космос за счет большого ее количества, и Луна имела воду с самого момента образования. Тогда и Земля, нагретая при столкновении до такой степени, что вся ее поверхность расплавилась, могла сохранить часть воды. Но все же такое объяснение выглядит неубедительно. За время остывания расплавленного камня вода должна была успеть испариться. Логичнее предположить, что Земля потеряла практически весь запас воды, а Луна начала существование и вовсе без него, но затем оба небесных тела, находящиеся рядом, получили запасы жидкости из одного источника – космических столкновений. То, что уничтожил один мощный удар, восполнили многие слабые.

Для того, чтобы найти источник лунной воды, исследователи изучили вулканическое стекло. В них часто молекул воды оказалась окружена кристаллами оливина, которые сумели воспрепятствовать испарению воды во время извержения вулкана. В 2011 году анализ такого расплавленного лунного материала показал, что внутри наш спутник богат водой. Ее оказалось так же много, как и внутри Земли. Последние данные были получены при изучении лавы, образовавшейся на дне океана. Теперь же наука продвинулась дальше, за счет изотопного анализа образцов позволив разрешить вопрос этого сходства.

В Солнечной системе молекулы воды, в зависимости от места происхождения, имеют различную долю водорода в виде дейтерия, изотопа с лишним нейтроном. В целом чем ближе к звезде родился образец, тем меньше в его воде дейтерия. В лунных вулканических образцах отношение дейтерия в обычному водороду оказалось относительно низким и совпадающим с углеродными хондритами. Эти метеориты происходят из астероидного пояса и считаются одними из самых старых объектов Солнечной системе. Таким образом, источник лунной воды – примитивные небольшие метеориты.

Кометы также известны в качестве носителей воды и оспаривают у астероидов право считаться главным источником земной воды. Однако большинство комет родилось в замерзшем облаке Оорта, расстояние до которого от Солнца превышает расстояние до Нептуна в 1000 раз. Из-за этого большая часть комет имеет повышенное отношение дейтерия к водороду, совсем не подходящее для описания лунной воды.

Получение результата была непростым делом. Недостаточно просто провести замеры содержания различных изотопов, необходимо иметь модель поведения небесного тела. Она должна включать учет потери летучих веществ из водяных включений в расплавленном стекле после его образования, причем на этот процесс оказывает дополнительное влияние космическое излучение. Оно же приводит к изменениям в запасах захваченной воды. Взаимодействие воды и космических лучей приводит к увеличению числа атомов дейтерия. Этот эффект оказался незначительным, так что даже при неточности модели, описывающем его вклад, общий результат исследования останется верным.

Далее, стоит отметить, что в последнее время астероиды уверенно наступают на позиции комет в вопросе основных источников воды на Земле. В некоторых исследованиях указывается доля примитивных метеоритов в 98%. В этом случае Земля и Луна имеют один и тот же источник воды, а значит, в процессе образования нашего спутника эта вода была передана ей. Вопрос о том, как вода могла пережить столкновение двух крупных небесных тел и не испариться, остается открытым.