11 декабря в журнале Communications Earth & Environment было опубликовано исследование, раскрывающее механизм, с помощью которого Луна на протяжении миллиардов лет поглощает фрагменты земной атмосферы. Ведущий автор научной работы Шубхонкар Парамани, планетолог из Рочестерского университета, совместно с физиком-теоретиком Эриком Блэкманом доказали, что спутник аккумулирует заряженные частицы и ионы, переносимые с нашей планеты. Этот процесс обусловлен воздействием мощных солнечных ветров в сочетании с магнитным полем Земли и, по всей вероятности, продолжается в настоящее время.
В ходе работы исследователи объединили данные анализа лунных образцов, доставленных миссиями «Аполлон», с комплексным компьютерным моделированием эволюции магнитосферы Земли. Результаты опровергли прежние научные представления о том, что магнитное поле планеты блокирует движение частиц. Напротив, силовые линии внутри магнитного хвоста Земли действуют как невидимые магистрали. Солнечный ветер буквально сдувает атмосферные ионы с Земли, а структура магнитосферы направляет их к поверхности Луны, где они оседают и закрепляются в реголите.
Интенсивность этого переноса не постоянна и напрямую зависит от орбитального положения небесных тел. Максимальный поток ионов достигает Луны, когда Земля находится строго между спутником и Солнцем, что соответствует фазе полнолуния. В моменты такого выравнивания Луна проходит через магнитный хвост планеты — самую обширную часть магнитосферы, которая формируется на ночной стороне Земли, противоположной той, где возникает ударная волна от встречи с солнечным излучением.
Загадка присутствия летучих веществ в лунном грунте беспокоила научное сообщество с начала 1970-х годов. Еще астронавт миссии «Аполлон-17» Харрисон Шмитт был запечатлен на фотографиях 1972 года во время сбора образцов, химический состав которых вызывал вопросы. В пробах были обнаружены вещества, испаряющиеся при низких температурах: вода, углекислый газ, гелий, аргон и азот. Если часть воды могла образоваться непосредственно под воздействием солнечного ветра, то происхождение ионов азота и ряда других элементов указывало на их связь с верхними слоями атмосферы Земли.
До недавнего времени доминировала теория, выдвинутая в 2005 году, согласно которой атмосферный обмен между планетой и спутником мог происходить исключительно до появления у Земли глобального магнитного поля. Предполагалось, что сформировавшийся щит удерживал ионы от утечки. Новое открытие Рочестерского университета перечеркивает эту гипотезу: магнитное поле не только не препятствует, но и способствует процессу. Ученые установили, что активный перенос частиц начался примерно 3,7 миллиарда лет назад, вскоре после формирования магнитосферы.
Благодаря этому механизму лунный реголит превратился в уникальный физический архив. Образцы почвы на спутнике служат «капсулой времени», сохраняющей информацию об эволюции земной атмосферы и изменениях магнитосферы на протяжении миллиардов лет. Изучение этих слоев позволяет заполнить пробелы в геологической истории Земли, которые невозможно восстановить по данным, сохранившимся на самой планете из-за активных тектонических процессов и эрозии.
Практическая ценность открытия тесно связана с перспективами освоения космоса. Программа NASA Artemis ставит целью высадку астронавтов на Луну к 2028 году, а китайские лунные миссии уже демонстрируют успехи в возвращении образцов грунта на Землю. Целенаправленный сбор реголита в рамках будущих экспедиций позволит ученым детально проанализировать изотопный состав захваченных частиц и восстановить хронологию атмосферных изменений нашей планеты.
Выводы исследователей имеют значение и для более широкой планетологии, в частности для понимания обитаемости планет. Изучение механики атмосферной утечки помогает моделировать процессы на других небесных телах, например на Марсе, который в прошлом обладал магнитным полем, но впоследствии его утратил. Понимание того, как солнечный ветер и магнитосферы взаимодействуют, критически важно для оценки условий, необходимых для возникновения и поддержания жизни.
Примечательно, что обмен веществом в космосе — явление многостороннее. Меркурий обладает длинным, похожим на кометный, хвостом из пыли, сдуваемой с его поверхности солнечным ветром. Луна также имеет собственный шлейф из аблированных ионов натрия, через который периодически проходит Земля. Однако подтвержденный факт поглощения Луной земной атмосферы через магнитный шлюз добавляет новый, неожиданный уровень сложности во взаимодействие тел Солнечной системы.
Изображение носит иллюстративный характер
В ходе работы исследователи объединили данные анализа лунных образцов, доставленных миссиями «Аполлон», с комплексным компьютерным моделированием эволюции магнитосферы Земли. Результаты опровергли прежние научные представления о том, что магнитное поле планеты блокирует движение частиц. Напротив, силовые линии внутри магнитного хвоста Земли действуют как невидимые магистрали. Солнечный ветер буквально сдувает атмосферные ионы с Земли, а структура магнитосферы направляет их к поверхности Луны, где они оседают и закрепляются в реголите.
Интенсивность этого переноса не постоянна и напрямую зависит от орбитального положения небесных тел. Максимальный поток ионов достигает Луны, когда Земля находится строго между спутником и Солнцем, что соответствует фазе полнолуния. В моменты такого выравнивания Луна проходит через магнитный хвост планеты — самую обширную часть магнитосферы, которая формируется на ночной стороне Земли, противоположной той, где возникает ударная волна от встречи с солнечным излучением.
Загадка присутствия летучих веществ в лунном грунте беспокоила научное сообщество с начала 1970-х годов. Еще астронавт миссии «Аполлон-17» Харрисон Шмитт был запечатлен на фотографиях 1972 года во время сбора образцов, химический состав которых вызывал вопросы. В пробах были обнаружены вещества, испаряющиеся при низких температурах: вода, углекислый газ, гелий, аргон и азот. Если часть воды могла образоваться непосредственно под воздействием солнечного ветра, то происхождение ионов азота и ряда других элементов указывало на их связь с верхними слоями атмосферы Земли.
До недавнего времени доминировала теория, выдвинутая в 2005 году, согласно которой атмосферный обмен между планетой и спутником мог происходить исключительно до появления у Земли глобального магнитного поля. Предполагалось, что сформировавшийся щит удерживал ионы от утечки. Новое открытие Рочестерского университета перечеркивает эту гипотезу: магнитное поле не только не препятствует, но и способствует процессу. Ученые установили, что активный перенос частиц начался примерно 3,7 миллиарда лет назад, вскоре после формирования магнитосферы.
Благодаря этому механизму лунный реголит превратился в уникальный физический архив. Образцы почвы на спутнике служат «капсулой времени», сохраняющей информацию об эволюции земной атмосферы и изменениях магнитосферы на протяжении миллиардов лет. Изучение этих слоев позволяет заполнить пробелы в геологической истории Земли, которые невозможно восстановить по данным, сохранившимся на самой планете из-за активных тектонических процессов и эрозии.
Практическая ценность открытия тесно связана с перспективами освоения космоса. Программа NASA Artemis ставит целью высадку астронавтов на Луну к 2028 году, а китайские лунные миссии уже демонстрируют успехи в возвращении образцов грунта на Землю. Целенаправленный сбор реголита в рамках будущих экспедиций позволит ученым детально проанализировать изотопный состав захваченных частиц и восстановить хронологию атмосферных изменений нашей планеты.
Выводы исследователей имеют значение и для более широкой планетологии, в частности для понимания обитаемости планет. Изучение механики атмосферной утечки помогает моделировать процессы на других небесных телах, например на Марсе, который в прошлом обладал магнитным полем, но впоследствии его утратил. Понимание того, как солнечный ветер и магнитосферы взаимодействуют, критически важно для оценки условий, необходимых для возникновения и поддержания жизни.
Примечательно, что обмен веществом в космосе — явление многостороннее. Меркурий обладает длинным, похожим на кометный, хвостом из пыли, сдуваемой с его поверхности солнечным ветром. Луна также имеет собственный шлейф из аблированных ионов натрия, через который периодически проходит Земля. Однако подтвержденный факт поглощения Луной земной атмосферы через магнитный шлюз добавляет новый, неожиданный уровень сложности во взаимодействие тел Солнечной системы.
