У Луны не может быть богатой атмосферы, в основном из-за ее слабого гравитационного поля (была ли у Луны более обширная атмосфера миллиарды лет назад - спорный вопрос). Но считается, что в настоящее время она имеет разреженную атмосферу, также известную как экзосфера, которая образуется из-за ударов метеоритов.
Метеориты бомбардируют Луну в течение всей истории ее существования, на протяжении 4,5 миллиардов лет. Исследователи из Массачусетского технологического института и Чикагского университета обнаружили, что образцы лунного грунта, собранные и доставленные астронавтами миссий "Аполлон", свидетельствуют о том, что метеориты больших размеров, так и размером с небольшие пылинки, запускают устойчивый поток атомов в экзосферу.
Хотя некоторые из этих атомов улетают в космос, другие попадают обратно на поверхность, ну а те, которые остаются над поверхностью Луны, создают тонкую атмосферу, которая продолжает пополняться по мере того, как все больше метеоритов врезаются в ее поверхность.
"В течение длительного времени испарение микрометеоритов является основным источником атомов в лунной атмосфере", - заявили исследователи в исследовании, недавно опубликованном в журнале Science Advances.
В 2013 году НАСА отправило на Луну орбитальный аппарат LADEE (Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer), миссия была направлена на выяснение происхождения атмосферы Луны. LADEE наблюдал больше атомов в атмосфере во время метеоритных дождей, что говорит о том, что столкновения имеют какое-то отношение к атмосфере. Тем не менее, остались вопросы о механизме, который преобразует энергию удара в диффузную атмосферу Луны.
Чтобы найти ответы на эти вопросы, команде исследователей из Массачусетского технологического института и Чикагского университета потребовалось проанализировать изотопы элементов в лунном грунте, которые наиболее восприимчивы к воздействию микрометеоритов. Они выбрали калий и рубидий. Ионы калия и рубидия особенно подвержены двум процессам: ударному испарению и ионному распылению.
Ударное испарение происходит в результате столкновения частиц на высоких скоростях и выделения большого количества тепла, которое возбуждает атомы настолько, что материал, в котором они находятся испаряется. Эти атомы отправляются в атмосферу Луны. Ионное распыление включает в себя высокоэнергетические удары, которые высвобождают атомы без испарения. Атомы, которые высвобождаются при ионном распылении, как правило, имеют больше энергии и движутся быстрее, чем атомы, высвобождаемые при ударном испарении. Любой из этих процессов может создавать и поддерживать лунную атмосферу при ударе метеоритов.
Если атомы, отправленные в атмосферу путем ионного распыления, имеют энергетическое преимущество, то почему исследователи обнаружили, что большинство атомов в атмосфере на самом деле образуются в результате ударного испарения?
Поскольку образцы лунного грунта, предоставленные НАСА, ранее имели более легкие и тяжелые изотопы калия и рубидия, команда ученых использовала расчеты, чтобы определить, какой процесс столкновения с большей вероятностью не позволит различным изотопам покинуть атмосферу.
Исследователи обнаружили, что атомы, переносимые в атмосферу с помощью ионного распыления, устремляются на высокой скорости, и часто достигают скоростей убегания. В конце концов, атомы, которые попадают в атмосферу, уходят в космическое пространство. Доля атомов, достигающих скорости убегания после испарения при ударе метеоритов, зависит от температуры этих атомов. Более низкие температуры снижают вероятность утечки атомов.
Ударное испарение является доминирующим источником лунной атмосферы, вероятно, обеспечивая более 65 процентов атомов, а остальная часть приходится на ионное распыление.
Есть и другие способы потери атомов из лунной атмосферы. В основном это более легкие ионы, которые имеют тенденцию оставаться в экзосфере, при этом ионы часто попадают обратно на поверхность, если они слишком тяжелые. Другие фотоионизируются электромагнитным излучением солнечного ветра и часто уносятся в космос частицами солнечного ветра.
То, что ученые узнали о лунной атмосфере изучая лунный грунт, может повлиять на исследования других тел. Уже было обнаружено, что ударное испарение запускает атомы в экзосферу Меркурия, которая тоньше, чем экзосфера у Луны. Изучение марсианского грунта, который планируется вернуть на Землю с помощью миссии по возвращению образцов в будущем, также может дать больше информации о том, как удары метеоритов влияют на его атмосферу.
Ну что же, можно сказать что еще одна тайна Луны раскрыта. Но впереди еще много нераскрытых тайн и явлений происходящих на нашем спутнике.