Поверхность Луны может оказаться большим, чем просто пыльный, безжизненный ландшафт. На протяжении миллиардов лет мельчайшие частицы из атмосферы Земли оседали на лунном грунте, создавая потенциальный источник необходимых веществ для будущих космонавтов. Однако ученые лишь недавно начали осознавать, каким образом эти частицы проходят долгий путь от Земли к Луне и как долго этот процесс продолжается.
Недавнее исследование, проведенное учеными Рочестерского университета, демонстрирует, что магнитное поле Земли может на самом деле способствовать перенаправлению атмосферных частиц, которые переносятся солнечным ветром, в космос, а не препятствовать этому. Учитывая, что магнитное поле Земли существует миллиарды лет, этот процесс мог постепенно перемещать частицы с Земли на Луну на протяжении очень длительных периодов.
«Собрав данные о частицах, найденных в лунном грунте, и применив компьютерное моделирование взаимодействия солнечного ветра с атмосферой Земли, мы можем проследить эволюцию атмосферы и ее магнитного поля», — утверждает Эрик Блэкман, профессор физики и астрономии, а также ведущий ученый Лаборатории лазерной энергетики (LLE) Университета Рочестера.
Полученные результаты указывают на то, что лунный грунт может не только сохранять долгосрочную информацию об атмосфере Земли, но и представлять собой гораздо более ценный ресурс, чем считалось ранее, для будущих исследователей, которые будут жить и работать на Луне.
Образцы грунта, собранные во время миссий «Аполлон» в 1970-х годах, предоставили ученым важные подсказки. Исследования этих образцов показывают, что пыльная поверхность Луны, известная как реголит, содержит летучие вещества, такие как вода, углекислый газ, гелий, аргон и азот. Некоторые из этих летучих компонентов поступают из постоянного потока заряженных частиц от Солнца, называемого солнечным ветром. Однако их количество, особенно азота, слишком велико, чтобы его можно было объяснить только солнечным ветром.
В 2005 году группа ученых из Токийского университета выдвинула гипотезу о том, что часть летучих веществ могла попасть в атмосферу Земли. Они предположили, что это могло произойти только до формирования магнитного поля, так как считали, что магнитное поле препятствует выбросу атмосферных частиц в космос.
Тем не менее исследователи из Рочестерского университета обнаружили, что этот процесс может происходить иначе.
Команда использовала современные компьютерные модели для анализа того, как и когда реголит мог получить элементы, обнаруженные в образцах, собранных в рамках программы «Аполлон».
Исследователи рассмотрели два сценария. Один из них моделировал «раннюю Землю» без магнитного поля и с более интенсивным солнечным ветром. Второй сценарий представлял «современную Землю» с сильным магнитным полем и более слабым солнечным ветром. Моделирование показало, что перенос частиц наиболее эффективен в сценарии с современной Землей.
В этом случае заряженные частицы из атмосферы Земли выбиваются солнечным ветром и направляются вдоль линий магнитного поля Земли. Некоторые из этих линий простираются достаточно далеко в космос, чтобы достичь Луны. На протяжении миллиардов лет этот эффект сужения способствовал оседанию небольших количеств атмосферы Земли на лунной поверхности.
Долгосрочный обмен частицами подразумевает, что Луна может хранить химическую историю земной атмосферы. Таким образом, изучение лунного грунта может предоставить ученым уникальную возможность заглянуть в то, как на протяжении миллиардов лет развивались климат, океаны и даже жизнь на Земле.
Изображение: Университет Рочестера / Шубхонкар Параманик
