Астрономы теперь говорят, что Луна поглощает молекулы из земной атмосферы

Согласно новому исследованию, частицы из земной атмосферы были унесены в космос солнечным ветром и приземлялись на Луну в течение миллиардов лет, смешиваясь с лунным грунтом.

Исследование проливает новый свет на загадку, которая существует уже более полувека с тех пор, как миссии «Аполлон» привезли с Луны образцы со следами таких веществ, как вода, углекислый газ, гелий и азот, заключенными в реголите — пыльном поверхностном слое Луны.

Ранние исследования предположил, что источником некоторых из этих веществ было солнце. Но в 2005 году исследователи Токийского университета предложенный что они также могли возникнуть из атмосферы молодой Земли до того, как около 3,7 миллиардов лет назад у нее появилось магнитное поле. Авторы подозревали, что магнитное поле, если бы оно возникло, остановило бы поток, захватив частицы и затруднив или сделав невозможным их выход в космос.

Теперь новое исследование опровергает это предположение, предполагая, что магнитное поле Земли могло способствовать, а не блокировать перенос атмосферных частиц на Луну, который продолжается и по сей день.

«Это означает, что Земля все это время поставляла в лунный грунт летучие газы, такие как кислород и азот», — сказал Эрик Блэкман, соавтор нового исследования и профессор кафедры физики и астрономии Рочестерского университета в Нью-Йорке.

«Долгое время считалось, что Луна изначально образовалась в результате удара астероида о прото-Землю, во время которого произошло интенсивное первоначальное смешение таких летучих веществ с Земли на Луну», — добавил он по электронной почте. «Наши результаты показывают, что разделение по-прежнему нестабильно, даже на протяжении миллиардов лет».

Присутствие на поверхности Луны полезных элементов, таких как кислород и водород, может представлять интерес для исследования Луны.

«Лунные миссии и, в конечном итоге, лунные колонии, которые потенциально могут когда-нибудь возникнуть, вероятно, должны будут иметь самодостаточные ресурсы, которые не нужно будет доставлять с Земли», — сказал Блэкман.

“Например, люди изучали, как можно перерабатывать воду из лунного реголита и извлекать водород и кислород для производства топлива. Также проводятся исследования топлива на основе аммиака, которое могло бы использовать преимущества азота, переносимого на Луну солнечным ветром. Таким образом, этот материал, переносимый солнечным ветром, попадает в почву и становится частью местного ресурса, который могут использовать такие инновации”.

Ценная химическая запись

Для нового исследования ученые использовали компьютерное моделирование и протестировали два сценария. У одного был сильный солнечный ветер — высокоскоростной поток частиц, исходящий от Солнца — и отсутствие магнитного поля вокруг Земли. У другого был более слабый солнечный ветер и сильное магнитное поле вокруг Земли. Сценарии примерно соответствуют древнему и современному состоянию нашей планеты. Современный земной сценарий оказался наиболее эффективным при переносе фрагментов земной атмосферы на Луну.

Затем исследователи сравнили результаты с данными, полученными непосредственно в результате анализа лунного грунта. предыдущий исследования.

«Мы использовали лунные образцы, доставленные на Землю Аполлон-14 и 17 миссий Чтобы подтвердить наши результаты», — сказал Шубхонкар Параманик, аспирант кафедры физики и астрономии Рочестерского университета. Параманик был ведущим автором исследования, которое было опубликовано в декабре в журнале. Природные коммуникации Земля и окружающая среда.

“У нас есть солнечный ветер, проникающий в земную атмосферу, а затем земная атмосфера утекает. Итак, мы попытались определить, каким будет соотношение смешивания этой смеси, или различить, какие частицы имеют солнечное происхождение, а какие – земное”, – добавил он.

Магнитное поле Земли генерируется электрическими токами, возникающими в результате движения расплавленного железа и никеля в жидком внешнем ядре планеты. Он простирается далеко в космос, образуя щит, отражающий большую часть солнечного ветра, который в противном случае разрушил бы атмосферу.

Когда магнитное поле взаимодействует с солнечным ветром, оно создает магнитосферу — кометную структуру со сжатым фронтом и длинным хвостом. Когда частицы солнечного ветра направляются вдоль линий магнитосферы вблизи полюсов, мы получаем полярные сияния, также известные как северное и южное сияние.

Форма магнитосферы объясняет, почему солнечный ветер может уносить некоторые частицы из атмосферы Земли и уводить их в космос. По словам Блэкмана, это также позволяет перенести на Луну большую долю земной атмосферы, чем в модели ненамагниченной или древней Земли.

«Магнитное поле не является чисто защитным по двум причинам: на него оказывается давление, которое несколько раздувает атмосферу Земли, давая солнечному ветру немного больший доступ к атмосфере», — сказал он. «И когда Луна находится на своей орбите в фазе полнолуния, она переходит в область, называемуюмагнитный хвост«где магнитное поле открывает канал, который позволяет материалу выдуваемой атмосферы идти более прямым путем к Луне».

Луна проходит через хвост магнитосферы в течение нескольких дней каждый месяц, и частицы приземляются на лунную поверхность, где они внедряются в почву, потому что на Луне нет атмосферы, которая могла бы блокировать их.

Понимание истории этого взаимодействия между Луной и Землей важно, поскольку оно дает ценные химические данные или информацию о древней атмосфере Земли, которая могла содержаться в лунном грунте, утверждается в исследовании. По словам Блэкмана, состав атмосферы связан с эволюцией жизни на разных этапах истории Земли.

Новая перспектива

Кентаро Терада, профессор изотопной космохимии и геохимии в японском университете Осаки, сказал, что он рад, что его наблюдения получили теоретические подтверждения. Терада возглавил рейтинг в 2017 году изучать это показало, как солнечный ветер и магнитное поле Земли перенесли кислород на Луну, но он не участвовал в новом исследовании.

«Давно признано, что Земля и Луна физически эволюционировали вместе с момента их образования», — сказал он в электронном письме. Открытие лунных метеоритов и наблюдение потоков частиц с Земли, переносимых солнечным ветром, открывают новую перспективу: «два тела также оказали друг на друга химическое влияние — своего рода материальный обмен», — объяснил он, добавив, что статья «очень интересна в своем всестороннем обсуждении истории Земли».

По словам Симеона Барбера, старшего научного сотрудника Открытого университета в Великобритании, который не участвовал в этой работе, Луна хранит ключ к разгадке истории и эволюции Земли, и это новое исследование подтверждает это мнение.

Исследование также является своевременным, добавил он, в связи с недавним получением новых образцов молодого лунного грунта. Китайская миссия Чанъэ-5 в 2020 году а также первые образцы с обратной стороны Луны Чанъэ-6 в 2024 годукоторые предлагают возможность проверить результаты дальше.

Кроме того, по словам Барбера, эта работа будет способствовать интерпретации результатов будущих лунных роботизированных посадочных модулей, способных напрямую измерять летучие элементы в лунном реголите.

Для получения дополнительных новостей и информационных бюллетеней > создайте учетную запись по адресу: >.com