Исследователи НИУ ВШЭ совместно с коллегами из ИКИ, МФТИ и Университета штата Колорадо выяснили, откуда берется плазменно-пылевое облако, окружающее Луну. Сверив теоретические расчёты и экспериментальные данные, учёные с большой долей вероятности предположили, что его составляет вещество, поднявшееся с поверхности Луны в результате падения метеороидов. В работе определена природа плазменно-пылевого облака над Луной и теоретически обоснованы проведённые ранее наблюдения.
Межпланетное пространство Солнечной системы заполнено пылевыми частицами. Они присутствуют в плазме ионосфер и магнитосфер планет, в окрестностях космических тел, не имеющих собственной атмосферы. Из-за высоких температур пыли нет только на Солнце и в непосредственной близости от него.
«Во время космических миссий аппаратов «Surveyor» и кораблей «Apollo» к Луне было замечено, что солнечный свет рассеивается в области терминатора, а это в свою очередь приводит к формированию лунных зорь и стримеров над поверхностью (несмотря на отсутствие атмосферы). Рассеяние света наиболее вероятно происходит на заряженных пылевых частицах, источником которых служит поверхность Луны. Косвенные свидетельства о существовании лунного плазменно-пылевого облака были получены и во время советских экспедиций «Луна-19» и «Луна-22», – рассказывает один из авторов исследования Сергей Попель, доктор физико-математических наук, профессор факультета физики НИУ ВШЭ, заведующий лабораторией плазменно-пылевых процессов в космических объектах ИКИ РАН.
В своей работе авторы рассматривают возможность образования плазменно-пылевого облака над Луной вследствие ударов метеороидов о ее поверхность. Данные, полученные на основе этой теории, соответствуют результатам экспериментальных исследований, выполненных в рамках американской миссии LADEE (Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer).
Вокруг Луны в радиусе нескольких сот километров присутствует облако субмикронной пыли. Измерения характеристик пыли проводились с помощью ударного ионизационного датчика LDEX, он позволяет напрямую детектировать пылевые частицы на орбите космического аппарата. Цель эксперимента состояла в том, чтобы определить распределение пылевых частиц по высотам, размерам и концентрациям над различными участками лунной поверхности. Данные, полученные во время эксперимента LADEE, дали толчок для продолжения теоретических исследований, начатых сотрудниками ИКИ ранее. Специалисты получили возможность сравнить свои расчёты с экспериментальными данными. Оказалось, они согласуются: в частности, это касается скорости движения частиц и их концентрации.
«Концентрация частиц плазменно-пылевого облака в наших расчётах не противоречит экспериментальным данным. На поверхность Луны обрушивается непрерывный поток метеороидов: микронных, миллиметровых размеров. Поэтому с поверхности фактически непрерывно выбрасывается вещество, часть его находится в расплавленном состоянии. Поднимаясь над поверхностью Луны, жидкие капли расплава затвердевают и в результате взаимодействия, в частности, с электронами и ионами солнечного ветра, а также с солнечным излучением приобретают электрические заряды. Некоторые частицы покидают Луну и улетают в космос. А те частицы над лунной поверхностью, которым «не хватило скорости», и составляют плазменно-пылевое облако», – объясняет Сергей Попель.
Во время экспериментов LADEE было обнаружено скачкообразное возрастание концентрации пыли при взаимодействии некоторых ежегодных метеорных потоков с Луной. Особенно этот эффект проявлялся во время высокоскоростного метеорного потока Геминиды. Все это подтверждает связь между процессами формирования пылевого облака и соударениями метеороидов с поверхностью Луны. Теории, в которых говорится, что пылевые частицы поднимаются над поверхностью Луны за счет электростатических процессов, например, так называемая фонтанная модель, не могут объяснить факты подъема пыли на большие высоты и, соответственно, формирования наблюдаемого в рамках LADEE плазменно-пылевого облака.
Авторы работы добавляют, что потребуются дополнительные исследования: пока что представлена простая модель, которая требует доработки. Например, можно произвести расчёты, учитывая рельеф поверхности.
IQ
Авторы исследования:
Сергей Попель, доктор физико-математических наук, профессор факультета физики НИУ ВШЭ, заведующий лабораторией плазменно-пылевых процессов в космических объектах ИКИ РАН
Лев Зелёный, академик РАН, профессор факультета физики НИУ ВШЭ Институт космических исследований РАН
Анатолий Голубь, Институт космических исследований РАН
Михай Хораньи, Университет штата Колодаро, США
Автор текста: Екатерина Краснопевцева