CNN | США
Частицы атмосферы Земли уже миллиарды лет оседают на Луне и смешиваются с ее грунтом, передает CNN. Это происходит благодаря солнечному ветру, который переносит на спутник воду, углекислый газ, гелий и азот. Это открытие сулит практическую выгоду: вероятно, эти ресурсы можно будет использовать для обеспечения лунных баз.
Якопо Приско (Jacopo Prisco)
Согласно новому исследованию, частицы земной атмосферы, уносимые в космос солнечным ветром, уже миллиарды лет оседают на Луне и смешиваются с лунным грунтом.
ИноСМИ теперь в MAX! Подписывайтесь на главное международное >>>
Работа проливает свет на загадку, которая не дает покоя ученым более полувека — с тех пор как космические миссии "Аполлон" доставили на Землю образцы лунного грунта с "вкраплениями" воды, углекислого газа, гелия и азота в реголите — пылевом поверхностном слое Луны.
Ранние исследования предполагали, что часть этих веществ могла быть принесена солнечным ветром. Но в 2005 году ученые из Токийского университета выдвинули гипотезу: часть примесей могла происходить и из самой атмосферы молодой Земли еще до того, как примерно 3,7 миллиарда лет назад у планеты сформировалось магнитное поле. Авторы считали, что после появления магнитного поля поток таких частиц должен был прекратиться: магнитное поле якобы удерживало частицы, не позволяя "утекать" в космос.
Новые данные ставят это предположение под сомнение. Исследователи приходят к выводу, что магнитное поле Земли могло не препятствовать переносу атмосферных частиц на Луну, а, напротив, способствовать их перемещению и этот процесс продолжается до сих пор.
"Это означает, что все это время Земля поставляла в лунный грунт летучие газы, например, кислород и азот", — отметил соавтор исследования Эрик Блэкман, профессор физики и астрономии из Университета Рочестера в штате Нью-Йорк.
"Долгое время считалось, что Луна сформировалась после столкновения прото-Земли с астероидом, и тогда произошло первичное „перемешивание“ таких летучих веществ — они перенеслись с Земли на Луну, — добавил он в своем письме. — Наши результаты показывают, что обмен летучими веществами идет и сейчас, даже спустя миллиарды лет".
Наличие на поверхности Луны полезных элементов — таких как кислород и водород — может представлять интерес для будущих лунных экспедиций.
"Лунным миссиям, а в перспективе и возможным лунным поселениям понадобятся ресурсы с места, которые не придется доставлять с Земли, — отметил Блэкман. — Например, изучают способы переработки воды из лунного реголита и выделения водорода и кислорода для производства топлива. Есть и исследования аммиачного топлива — оно могло бы использовать азот, который вместе с солнечным ветром попадает на Луну. Все эти вещества, перенесенные солнечным ветром, встраиваются в грунт и становятся частью местных ресурсов, которые могут быть задействованы в подобных решениях".
Ценная химическая "летопись"
В новом исследовании ученые использовали компьютерное моделирование и рассмотрели два сценария. Первый — сильный солнечный ветер и отсутствие магнитного поля вокруг Земли могли оказать свое воздействие. Второй — более слабый солнечный ветер и мощное магнитное поле. Эти сценарии примерно соответствуют древнему и современному состоянию нашей планеты. Как показало компьютерное моделирование, именно "современный" вариант оказался наиболее эффективным для переноса фрагментов земной атмосферы на Луну.
Затем результаты сравнили с данными, полученными ранее при анализе лунного грунта.
"Мы использовали образцы, доставленные на Землю миссиями „Аполлон-14“ и „Аполлон-17“, чтобы проверить наши выводы", — отметил Шубхонкар Параманик, аспирант кафедры физики и астрономии Университета Рочестера. Параманик — ведущий автор работы, опубликованной в декабре в научном журнале Communications Earth& Environment.
"Солнечный ветер воздействует на земную атмосферу, а та, в свою очередь, частично „утекает“. Мы пытались определить, каково соотношение компонентов в этой смеси, то есть отделить частицы солнечного происхождения от частиц земного происхождения", — добавил ученый.
Магнитное поле Земли создается электрическими токами, возникающими из-за движения расплавленного железа и никеля во внешнем жидком ядре планеты. Оно простирается далеко в космос и служит щитом, отражая значительную часть солнечного ветра, который иначе постепенно "сдувал" бы атмосферу.
Когда магнитное поле взаимодействует с солнечным ветром, оно создает магнитосферу — кометоподобную структуру со сжатым фронтом и длинным хвостом. Когда частицы солнечного ветра направляются по линиям магнитосферы вблизи полюсов, мы получаем полярные сияния, также известные как северное и южное сияние.
По словам Блэкмана, форма магнитосферы объясняет, почему солнечный ветер может уносить некоторые частицы из атмосферы Земли и уводить их в космос. По словам Блэкмана, это также позволяет переносить на Луну большую часть земной атмосферы, чем в модели немагнитной или древней Земли.
"Магнитное поле не служит лишь защитной функции по двум причинам, — пояснил он. — Оно само по себе оказывает давление, немного „раздувая“ земную атмосферу и давая солнечному ветру чуть больший доступ к ней. А когда Луна в своей орбите находится в фазе полнолуния, она проходит через область, называемую магнитным хвостом: там магнитное поле открывает канал, по которому вынесенное из атмосферы вещество может перетекать на Луну более прямым путем".
Луна проходит через магнитный хвост в течение нескольких дней каждого месяца, и частицы оседают в почве на лунной поверхности, поскольку на Луне нет атмосферы, которая могла бы их блокировать.
Как утверждают авторы исследования, понимание истории этого взаимодействия между Луной и Землей важно, поскольку оно позволяет получить ценную химическую информацию, а также сведения о древней атмосфере Земли, которая могла содержаться в лунном грунте. По словам Блэкмана, состав атмосферы связан с эволюцией жизни на разных этапах истории Земли.
Новый взгляд
Кэнтаро Тэрада, профессор изотопной космохимии и геохимии Университета Осаки, отметил, что был рад увидеть теоретическое подтверждение своих наблюдений. Тэрада возглавлял исследование 2017 года, в котором показывалось, как солнечный ветер и магнитное поле Земли переносят кислород на Луну, однако в новой работе он участия не принимал.
"Давно признано, что Земля и Луна физически развивались совместно с момента своего формирования", — написал он в своем комментарии к исследованию. По его словам, находки лунных метеоритов и наблюдения за потоками частиц, которые солнечный ветер уносит от Земли, позволяют по-новому взглянуть на вопрос: "эти два тела влияли друг на друга и химически — происходил своего рода обмен химическими веществами". Он добавил, что статья "крайне впечатляет своим комплексным обсуждением истории Земли".
Луна хранит ключи к истории и эволюции Земли, и новое исследование лишь укрепляет эту мысль, считает Симеон Барбер, старший научный сотрудник Открытого университета в Великобритании, также не участвовавший в работе.
Кроме того, добавил Барбер, исследование опубликовано очень вовремя: в 2020 году китайская космическая миссия "Чанъэ-5" получила новые образцы молодого лунного грунта, а в 2024 году "Чанъэ-6" впервые доставила образцы с обратной стороны Луны и это дает возможность дополнительно проверить выводы.
По словам Барбера, работа также поможет точнее интерпретировать результаты будущих роботизированных посадочных миссий, которые смогут напрямую измерять содержание летучих элементов в лунном реголите.
Еще больше новостей в канале ИноСМИ в МАКС >>