Несмотря на отсутствие пригодного для дыхания воздуха, Луна обладает очень тонкой атмосферой, известной как экзосфера. С 1980-х годов астрономы наблюдают за этим почти незаметным слоем атомов, который, как теперь выяснилось, формируется под воздействием космических процессов. Исследование, проведенное группой ученых из Массачусетского технологического института и Чикагского университета, раскрывает, как метеориты играют ключевую роль в создании и поддержании этой разреженной атмосферы.
На протяжении 4,5 миллиардов лет Луна подвергалась постоянной бомбардировке метеоритами, что стало основным фактором формирования ее атмосферы. Ученые проанализировали образцы лунного грунта, собранные во время миссий NASA «Аполлон», и пришли к выводу, что именно удары метеоритов приводят к образованию атомов, которые затем поднимаются в атмосферу.
Исследование показало, что метеориты, как крупные, так и мелкие, вызывают испарение определенных атомов при столкновении с лунной поверхностью. Эти атомы могут либо улетать в космос, либо оставаться в экзосфере, создавая тем самым тонкий слой атмосферы, который постоянно пополняется новыми частицами. Ведущий автор исследования, Николь Ни, отмечает, что это открытие подтверждает, что ударное испарение является главной причиной формирования лунной атмосферы.
Для более глубокого понимания процессов, происходящих на Луне, исследователи проанализировали образцы лунного грунта, которые содержали калий и рубидий — элементы, которые легко испаряются. Они использовали масс-спектрометрию для определения соотношения изотопов этих элементов, чтобы выяснить, какие атомы остаются на поверхности, а какие поднимаются в атмосферу. Изотопы — это разновидности одного и того же элемента, отличающиеся количеством нейтронов, и они могут дать важную информацию о процессах, происходящих на Луне.
Результаты анализа показали, что в лунном грунте преобладают тяжелые изотопы калия и рубидия. Это свидетельствует о том, что ударное испарение действительно доминирует в процессе формирования атмосферы. Ученые пришли к выводу, что около 70% атмосферы Луны образуется именно за счет ударов метеоритов, тогда как оставшиеся 30% приходятся на влияние солнечного ветра.
Важным этапом исследования стало использование данных, собранных орбитальным аппаратом LADEE, который был запущен НАСА для изучения лунной атмосферы. Этот аппарат собрал информацию о взаимодействии солнечного ветра с лунной поверхностью и помог ученым понять, как различные процессы формируют экзосферу.
Исследование также подтвердило, что метеоритные дожди увеличивают количество атомов в атмосфере, в то время как затмения, когда Луна закрыта от солнечного света, наоборот, снижают это количество. Это указывает на то, что оба процесса — ударное испарение и ионное распыление — играют важную роль в формировании лунной атмосферы, хотя ударное испарение является более значительным.
Ученые подчеркивают, что без образцов, собранных в ходе миссий «Аполлон», было бы невозможно получить такие точные данные. Эти образцы помогают не только понять историю Луны, но и могут дать представление о подобных процессах на других лунах и астероидах, которые находятся в центре внимания будущих космических миссий.