|
Происхождение разреженной атмосферы Луны
|
|
|
|
Хотя на Луне нет воздуха, пригодного для дыхания, атмосфера на ней практически отсутствует. Начиная с 1980-х годов астрономы наблюдали очень тонкий слой атомов, рассеивающийся по поверхности Луны. Эта хрупкая атмосфера, технически известная как "экзосфера", вероятно, является продуктом какого—то космического выветривания. Но что именно это за процессы, с какой-либо определенностью определить сложно.
|
|
|
|
Теперь ученые из Массачусетского технологического института и Чикагского университета говорят, что они определили основной процесс, который сформировал атмосферу Луны и продолжает поддерживать ее сегодня. В исследовании, опубликованном в журнале Science Advances, команда ученых сообщает, что лунная атмосфера в основном является продуктом "ударного испарения".
|
|
|
|
В своем исследовании исследователи проанализировали образцы лунного грунта, собранные астронавтами во время миссий НАСА "Аполлон".
|
|
|
|
Их анализ показывает, что на протяжении 4,5-миллиардолетней истории Луны ее поверхность постоянно подвергалась бомбардировке, сначала массивными метеоритами, а затем, совсем недавно, более мелкими "микрометеороидами" размером с пыль.
|
|
|
Эти постоянные столкновения привели к поднятию лунного грунта, испарению некоторых атомов при контакте и поднятию частиц в воздух. Некоторые атомы выбрасываются в космос, в то время как другие остаются подвешенными над Луной, образуя разреженную атмосферу, которая постоянно пополняется по мере того, как метеориты продолжают падать на поверхность.
|
|
|
|
Исследователи обнаружили, что ударное испарение является основным процессом, посредством которого Луна создавала и поддерживала свою чрезвычайно тонкую атмосферу на протяжении миллиардов лет.
|
|
|
|
"Мы даем окончательный ответ, что испарение при падении метеорита является доминирующим процессом, который создает лунную атмосферу", - говорит ведущий автор исследования Николь Ни, доцент кафедры наук о Земле, атмосфере и планетах Массачусетского технологического института.
|
|
|
|
"Возраст Луны близок к 4,5 миллиардам лет, и все это время поверхность постоянно подвергалась бомбардировке метеоритами. Мы показываем, что в конечном итоге разреженная атмосфера достигает устойчивого состояния, потому что она постоянно пополняется за счет небольших ударов по всей Луне".
|
|
|
|
Соавторами Nie являются Николас Дофас, Чжэ Чжан и Тимо Хопп из Чикагского университета, а также Менелаос Сарантос из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА.
|
|
Роль погодных условий
|
|
|
|
В 2013 году НАСА отправило орбитальный аппарат вокруг Луны для проведения детальной разведки атмосферы. Исследователю лунной атмосферы и пылевой среды (LADEE, произносится "лэдди") было поручено дистанционно собирать информацию о тонкой атмосфере Луны, состоянии поверхности и любых воздействиях окружающей среды на лунную пыль.
|
|
|
|
Миссия LADEE была направлена на определение происхождения атмосферы Луны. Ученые надеялись, что дистанционные измерения зондом состава почвы и атмосферы могут коррелировать с определенными процессами космического выветривания, которые затем могли бы объяснить, как возникла атмосфера Луны.
|
|
|
|
Исследователи подозревают, что в формировании лунной атмосферы играют роль два процесса космического выветривания: ударное испарение и "ионное распыление" — явление, связанное с солнечным ветром, который переносит энергетически заряженные частицы от Солнца через космическое пространство. Когда эти частицы попадают на поверхность Луны, они могут передавать свою энергию атомам в почве и заставлять эти атомы разбрызгиваться и подниматься в воздух.
|
|
|
|
"Основываясь на данных LADEE, кажется, что оба процесса играют определенную роль", - говорит Ни.
|
|
|
|
"Например, это показало, что во время метеоритных дождей вы видите больше атомов в атмосфере, что означает, что столкновения оказывают влияние. Но это также показало, что, когда Луна закрыта от солнца, например, во время затмения, в атомах атмосферы также происходят изменения, что означает, что солнце также оказывает влияние. Таким образом, результаты не были четкими или количественными."
|
|
Ответы в почве
|
|
|
|
Чтобы более точно определить происхождение лунной атмосферы, Nie изучил образцы лунного грунта, собранные астронавтами во время миссий НАСА "Аполлон". Она и ее коллеги из Чикагского университета взяли 10 образцов лунного грунта, каждый из которых имеет вес около 100 миллиграммов — крошечное количество, которое, по ее оценкам, могло бы поместиться в одной дождевой капле.
|
|
|
|
Исследователи стремились сначала выделить из каждого образца два элемента: калий и рубидий. Оба элемента являются "летучими", что означает, что они легко испаряются при ударах и ионном распылении.
|
|
|
|
Каждый элемент существует в виде нескольких изотопов. Изотоп - это разновидность одного и того же элемента, состоящая из того же количества протонов, но с несколько иным количеством нейтронов. Например, калий может существовать в виде одного из трех изотопов, каждый из которых содержит на один нейтрон больше и немного тяжелее предыдущего. Аналогично, у рубидия есть два изотопа.
|
|
|
|
Команда ученых пришла к выводу, что если атмосфера Луны состоит из атомов, которые были испарены и взвешены в воздухе, то более легкие изотопы этих атомов должны легче переноситься, в то время как более тяжелые изотопы с большей вероятностью осядут обратно в почву.
|
|
|
|
Кроме того, ученые предсказывают, что ударное испарение и ионное распыление должны привести к очень разным соотношениям изотопов в почве. Конкретное соотношение легких и тяжелых изотопов, которые остаются в почве, как для калия, так и для рубидия, должно затем выявить основной процесс, способствующий образованию лунной атмосферы.
|
|
|
|
Учитывая все это, Nie проанализировала образцы Apollo, сначала измельчив почву в мелкий порошок, а затем растворив порошки в кислотах для очистки и выделения растворов, содержащих калий и рубидий. Затем она пропустила эти растворы через масс-спектрометр для измерения различных изотопов калия и рубидия в каждом образце.
|
|
|
|
Команда обнаружила, что почвы содержат в основном тяжелые изотопы калия и рубидия. Исследователи смогли количественно оценить соотношение тяжелых и легких изотопов как калия, так и рубидия, и, сравнив оба элемента, они обнаружили, что ударное испарение, скорее всего, является доминирующим процессом, посредством которого атомы испаряются и поднимаются в атмосферу Луны.
|
|
|
|
"При ударном испарении большая часть атомов осталась бы в лунной атмосфере, в то время как при ионном распылении многие атомы были бы выброшены в космос", - говорит Не.
|
|
|
|
"На основании нашего исследования мы теперь можем количественно оценить роль обоих процессов и сказать, что относительный вклад ударного испарения в сравнении с ионным распылением составляет примерно 70:30 или больше". Другими словами, 70% или более атмосферы Луны является результатом падения метеоритов, в то время как остальные 30% являются следствием солнечного ветра.
|
|
|
|
"Открытие такого тонкого эффекта примечательно благодаря инновационной идее объединения измерений изотопов калия и рубидия наряду с тщательным количественным моделированием", - говорит Джастин Ху, постдок, изучающий лунные почвы в Кембриджском университете, который не принимал участия в исследовании.
|
|
|
|
"Это открытие выходит за рамки понимания истории Луны, поскольку подобные процессы могут происходить и могут быть более значительными на других спутниках и астероидах, которые находятся в центре внимания многих запланированных миссий по возвращению".
|
|
|
|
"Без этих образцов Apollo мы не смогли бы получить точные данные и провести количественные измерения, чтобы понять ситуацию более детально", - говорит Не. "Для нас важно привезти образцы с Луны и других планетных тел, чтобы мы могли составить более четкие картины формирования и эволюции Солнечной системы".
|
|
|
|
Источник
|
