Атмосфера Землі повільно зникає — і частина її осідає на Місяці
Нам здається, що атмосфера Землі — щось постійне й незмінне. Але насправді вона поступово «витікає» в космос. І, як показало нове дослідження, частина цього втраченого повітря не зникає безслідно — воно долітає до Місяця й накопичується в його ґрунті протягом мільярдів років.
Цей процес важливий не лише для науки, а й для майбутнього освоєння Місяця. Адже супутник Землі може зберігати хімічний «архів» давньої земної атмосфери, а ці ж речовини потенційно можна використати для майбутніх космічних місій.
Як земне повітря залишає планету
На великій висоті над поверхнею Землі сонячне випромінювання вибиває електрони з атомів атмосфери. Так вони перетворюються на заряджені частинки — іони. Після цього вони вже не поводяться як звичайні гази, а реагують на електричні та магнітні поля.
Сонячний вітер — постійний потік заряджених частинок від Сонця — може «підхоплювати» частину цих іонів і забирати їх у космос. Найбільші шанси вирватися мають саме заряджені атоми, хоча до Місяця доходить лише невелика їх частка.
Зазвичай магнітне поле Землі захищає атмосферу, відбиваючи сонячні частинки. Але цей захист не ідеальний. Під дією магнітного тиску верхні шари атмосфери можуть розширюватися, і тоді більше атомів стають вразливими до «втечі».
Магнітний міст між Землею і Місяцем
Дослідники з Університету Рочестера змоделювали цей процес на комп’ютері. Команду очолив аспірант Шубхонкар Параманік. Вчені звернули увагу на особливі моменти — коли Місяць проходить крізь магнітний хвіст Землі.
Магнітний хвіст — це довге продовження земного магнітного поля з нічного боку планети, спрямоване від Сонця. Кілька днів на місяць, зазвичай під час повного Місяця, супутник потрапляє саме в цю область.
У такі періоди магнітні лінії можуть спрямовувати заряджені атоми кисню, азоту та інших елементів прямо в бік Місяця — фактично створюючи тимчасовий «коридор» для земної атмосфери.
У решту часу витік повітря надто розсіюється в просторі й майже не досягає місячної поверхні.
Місячний пил як пастка для газів
Поверхня Місяця вкрита реголітом — пухким пилом і уламками порід, утвореними за мільярди років метеоритних ударів. Оскільки на Місяці майже немає атмосфери, ці частинки безперешкодно досягають поверхні.
Коли заряджені атоми врізаються в пилові зерна, вони швидко сповільнюються й «застрягають» у верхніх шарах ґрунту. З часом нові удари засипають старі частинки, зберігаючи їхній хімічний слід під поверхнею.
Саме так у місячному ґрунті поступово накопичуються сліди земного повітря.
Сліди Землі у місячному ґрунті
Щоб перевірити свої розрахунки, вчені проаналізували зразки ґрунту, доставлені місіями Apollo 14 та Apollo 17. Ключем стали ізотопи — атоми одного елемента з різною масою.
За ізотопним складом можна відрізнити атоми, що прийшли із сонячного вітру, від тих, які походять з атмосфери Землі. Це важливо, адже і Сонце, і Земля «постачають» на Місяць схожі елементи, але з різними хімічними «відбитками».
Результати підтвердили: частина кисню, азоту й водню в місячному ґрунті має земне походження.
Місяць як капсула часу Землі
Це означає, що Місяць може зберігати інформацію про атмосферу Землі з давніх епох — навіть про ті її стани, яких давно не існує. Оскільки ізотопи кисню пов’язані з біологічними процесами, геологією та кліматом, місячний ґрунт може стати унікальним джерелом даних про історію нашої планети.
У певному сенсі Місяць виступає як космічна капсула часу, що зберігає фрагменти земного минулого.
Користь для майбутніх місій
Практичний бік відкриття не менш важливий. Кисень, водень і азот, що містяться в реголіті, потенційно можна використовувати для дихання, виробництва води та палива.
Нагрівання місячного ґрунту дозволяє вивільняти ці гази, а вода може бути розкладена на компоненти для ракетного пального. Щоправда, концентрація таких речовин залежить від глибини, місця та сонячної активності, а сам процес видобутку залишається складним і енергозатратним.
Що далі
У майбутньому посадкові апарати можуть безпосередньо виміряти вміст легких елементів на Місяці й доставити на Землю глибші зразки ґрунту. Порівняння зразків з ближнього та дальнього боку Місяця допоможе зрозуміти, наскільки сильний вплив має земний магнітний хвіст.
Ці дослідження поєднують фізику космосу, магнітні поля та геологію Місяця в єдину історію постійного хімічного обміну між Землею та її супутником.
Дослідження опубліковане в журналі Communications Earth & Environment і відкриває новий погляд на те, як тісно пов’язані Земля й Місяць навіть сьогодні.