Ученым удалось раскрыть загадку атмосферы Луны: почему Солнце не может ее уничтожить

Естественный спутник Земли покрыт тонкой и хрупкой газовой оболочкой, но при этом достаточно стабильной, чтобы считаться своего рода атмосферой, которую еще называют экзосферой. Как именно Луна поддерживает эту рассеянную газовую среду, до сих пор оставалось загадкой. Ведь магнитное поле Земли удерживает ее атмосферу, но Луна не имеет ничего подобного, поэтому ее экзосфера должна быть давно уничтожена солнечной активностью.

Очевидно, что истощающиеся газы лунной атмосферы постоянно пополняются, и теперь ученые обнаружили их источник. Все дело в том, что крошечные микрометеориты размером с пылинку постоянно ударяются о лунную поверхность, поднимая и испаряя лунную пыль и высвобождая атомы в окружающее Луну пространство.

«Мы убедились, что испарение при ударе метеорита является основным процессом, создающим лунную атмосферу, — говорит геохимик Николь Ние из Массачусетского технологического института (MIT). — Возраст Луны составляет почти 4,5 млрд лет, и за это время ее поверхность постоянно подвергалась бомбардировке метеоритами. Мы показали, что в конце концов тонкая атмосфера достигает устойчивого состояния, потому что она постоянно пополняется за счет небольших ударов по всей Луне».

В связи с тем, что атмосфера Луны настолько диффузная, ее изучение связано с целым рядом трудностей. Детекторы миссий «Аполлон» обнаружили в ней различные атомные компоненты, но ученым было трудно выяснить, как именно она возникает.

При помощи моделирования было установлено, что основную роль играют метеоритные удары, а также процесс под названием «ионное распыление», при котором атомы выбрасываются с лунной поверхности при столкновении с заряженными частицами, переносимыми солнечным ветром.

Ние и ее коллеги хотели более пристально изучить эти процессы и роль, которую они играют в формировании и поддержании лунной экзосферы, поэтому они провели новый анализ. Они тщательно изучили данные с лунного орбитального аппарата под названием Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer (LADEE), который находился на Луне в течение семи месяцев в 2013–2014 гг.

«Судя по данным LADEE, оба процесса играют определенную роль, — говорит Ние. — Например, во время метеоритных дождей в атмосфере становится больше атомов. Это последствие столкновений. Но когда Луна закрыта от Солнца, например во время затмения, в атмосфере также происходят изменения в составе атомов, то есть Солнце также воздействует на нее».

Чтобы сузить круг поиска, исследователям пришлось обратиться к первоисточнику. В поисках двух элементов, калия и рубидия, которые, как известно, встречаются на Луне и оба легко испаряются, они изучили образцы лунного грунта, собранные во время программы «Аполлон».

Когда солнечные частицы или микрометеориты врезаются в лунную поверхность, рубидий и калий испаряются. Однако они быстро падают обратно на лунную поверхность, будучи довольно тяжелыми элементами. Очень важно, что соотношение каждого элемента будет меняться в зависимости от того, испарились ли они в результате удара микрометеорита или ионного распыления.

Команда измельчила лунную грязь в мелкий порошок и проанализировала результаты с помощью масс-спектрометра. Ученые обнаружили, что оба процесса действительно играют роль в формировании лунной экзосферы, но степень влияния микрометеоритов более чем в два раза превышает таковую от солнечного ветра.

«В случае испарения при ударе большинство атомов остается в лунной атмосфере, тогда как при ионном распылении большое количество атомов выбрасывается в космос, — объясняет Ние. — Теперь мы можем количественно оценить роль обоих процессов и сказать, что относительный эффект ударного испарения по сравнению с ионным распылением составляет примерно 70:30 или больше».

Этот результат имеет значение не только для нашего представления о Луне. Если подобные процессы происходят в других местах Солнечной системы, например на астероидах и других лунах, теперь мы сможем их обнаружить.

Ранее стало известно, что Япония планирует построить башню-лифт, по которой можно будет подняться в космос. Основная идея заключается в создании длинного троса, который соединяет Землю и космос, что позволит уменьшить затраты и время полетов. Исследователи говорят, что с помощью космического лифта можно добраться до Марса за три-четыре месяца вместо шести-восьми.