Как получить атмосферу в мире, где ее нет и где ее нельзя сохранить? Если это Луна, вы просто бомбардируете ее в течение миллионов лет крошечными метеоритами. Также оставьте ее в солнечном ветре и посмотрите, что произойдет. Оба процесса космического выветривания создают тонкую «экзосферу» прямо над поверхностью Луны.
Ученые называют первый процесс «испарением при ударе» и теперь подозревают, что это главная причина существования лунной атмосферы. Это также помогает объяснить, как атмосферные атомы улетают с Луны в космос.
Группа ученых из Массачусетского технологического института и Чикагского университета недавно опубликовала статью, описывающую их исследование причин космического выветривания лунной экзосферы. В ней процесс испарения при ударе указывается как основной фактор. «Мы даем окончательный ответ, что испарение при ударе метеорита является доминирующим процессом, который создает лунную атмосферу», — говорит ведущий автор исследования Николь Ни, доцент кафедры наук о Земле, атмосфере и планетах Массачусетского технологического института. «Луне около 4,5 миллиардов лет, и за это время ее поверхность непрерывно бомбардировалась метеоритами. Мы показываем, что в конечном итоге тонкая атмосфера достигает устойчивого состояния, поскольку она непрерывно пополняется небольшими ударами по всей Луне».
Отслеживание влияния космического выветривания на атмосферу Луны
Исследователи знали о лунной атмосфере на протяжении десятилетий. Впервые ее наблюдали в 1980-х годах как слой атомов, прилегающих к поверхности. Миссия LADEE специально изучала эту экзосферу. Однако атомы не просто лежат там. Они подпрыгивают, в значительной степени перемешиваясь постоянными ударами крошечных объектов, называемых микрометеороидами. Эти частицы размером с пыль — вместе с более крупными объектами, ударяющимися о поверхность, — поднимают лунный грунт. Это испаряет некоторые атомы материала — включая калий и рубидий. Эти атомы находятся подвешенными в тонкой экзосфере. Или, если они набирают достаточную скорость в слабой лунной гравитации, они улетают в космос.
Члены команды MIT/Chicago хотели доказать, что экзосфера создается этим компонентом ударного испарения космического выветривания. Поэтому они проанализировали образцы лунного грунта, собранные во время миссий Apollo. Они сосредоточились на содержании калия и рубидия. Это связано с тем, что эти элементы легко испаряются. Если атмосфера Луны представляет собой атомы, подвешенные над поверхностью, более легкие изотопы этих атомов должны быть более легко подняты. Более тяжелые изотопы с большей вероятностью осядут обратно в почву. Кроме того, ученые предсказывают, что ударное испарение и ионное распыление должны приводить к совершенно разным изотопным пропорциям в почве. Определенное соотношение легких и тяжелых изотопов, которые остаются в почве, для обоих протестированных ими элементов в конечном итоге доказало, что ударное испарение является важной частью создания экзосферы.
Влияние солнечного ветра на Луну
Солнечный ветер также играет роль в создании экзосферы Луны. Это происходит, когда ионизированные частицы в ионах солнечного ветра взаимодействуют с поверхностью и «выбрызгивают» нейтральные атомы. Этот процесс не только способствует созданию экзосферы, но и влияет на эрозию материалов на Луне. Однако текущее исследование MIT/Chicago указывает на постоянный дождь столкновений как на существенный фактор, и эти два процесса работают вместе, создавая лунную экзосферу.
«При ударном испарении большинство атомов останется в лунной атмосфере, тогда как при ионном распылении множество атомов будет выброшено в космос», — сказал Ни. «Из нашего исследования мы теперь можем количественно оценить роль обоих процессов, сказав, что относительный вклад ударного испарения по сравнению с ионным распылением составляет около 70:30 или больше».
Космическое выветривание и будущие миссии
Итак, около 70 процентов или более лунной экзосферы является продуктом метеоритных ударов. Остальное происходит благодаря непрерывному влиянию солнечного ветра. Хотя эта космическая выветривание не производит ничего похожего на пригодную для дыхания атмосферу, которой могли бы дышать будущие исследователи Луны, она дает представление о процессах, которые влияют на Луну.
Как метеоритные бомбардировки, так и активность солнечного ветра представляют собой постоянные риски для лунных посетителей и их инфраструктуры. Помимо простого понимания эволюции лунной поверхности и атмосферы, такие исследования будут полезны всем, кто стремится строить — и жить — на Луне в будущем.
Для дополнительной информации
Ученые установили происхождение разреженной атмосферы Луны
Данные о лунном грунте, полученные из атмосферы, потерянной за многие века
