Тонкая атмосфера Луны, называемая экзосферой, долгое время оставалась загадкой для науки. Считалось, что эту воздушную оболочку создают два основных процесса: удары крошечных метеороидов о поверхность и бомбардировка лунного грунта частицами солнечного ветра. Однако новое исследование, использующее образцы лунного грунта, собранные в рамках программы «Аполлон», показывает, что особенности поверхности Луны обеспечивают удивительную защиту от эрозии, вызванной солнечным ветром.
Исследования
Исследователи из Венского технического университета и Бернского университета провели первые прямые измерения того, как солнечный ветер выбивает атомы и молекулы при столкновении с лунным грунтом. Этот процесс известен как распыление. В отличие от предыдущих исследований, в которых использовались земные минеральные заменители, команда использовала лунный грунт, собранный в рамках миссии «Аполлон-16», и бомбардировала его водородом и гелиевыми ионами со скоростью, соответствующей солнечному ветру.
Результаты, опубликованные в журнале Communications Earth & Environment, оказались поразительными. Показатели распыления солнечного ветра были на порядок ниже, чем предполагалось ранее в моделях экзосферы. Это значительное снижение обусловлено двумя ключевыми факторами, которые ранее недооценивались: неровностью поверхности и пористой, «пушистой» природой лунного грунта.
Особенности поверхности Луны
Поверхность Луны не гладкая, как бильярдный шар, а невероятно неровная и пористая на микроскопическом уровне. Эта текстура действует как естественный щит против бомбардировки солнечным ветром. Когда ионы сталкиваются с неровной, покрытой кратерами поверхностью, многие из них попадают в крошечные карманы или ударяются о поверхности под углами, которые снижают их эрозионную силу.
Высокая пористость лунного реголита дополнительно снижает показатели распыления, а сочетание неровностей и пористости делает скорость эрозии в значительной степени независимой от угла солнечного зенита. Это означает, что защитный эффект работает на большей части поверхности Луны, независимо от широты.
Исследовательская группа создала трёхмерные компьютерные модели структуры поверхности Луны, включая пространства между зёрнами пыли. Эти модели показали, что естественная «пушистость» Луны значительно снижает количество атомов, выбиваемых ударами солнечного ветра.
Выводы
Эти результаты меняют наше понимание того, как Луна теряет материал в космос. Исследование предоставляет реалистичные оценки показателей распыления, которые в десять раз меньше предыдущих оценок! Это говорит о том, что удары микрометеороидов, а не распыление солнечным ветром, вероятно, являются основным источником экзосферы Луны. Крошечные космические камни, которые постоянно бомбардируют лунную поверхность, могут выполнять большую часть работы по созданию тонкой атмосферной оболочки Луны.
Понимание того, как солнечный ветер взаимодействует с безвоздушными поверхностями планет, имеет решающее значение для предстоящих миссий, включая программу NASA «Артемида» и миссию Европейского космического агентства «БепиКоломбо» к Меркурию. Что касается атмосферы Луны, то исследование помогает объяснить, почему предыдущие космические наблюдения не соответствовали теоретическим прогнозам. Поверхность Луны всё это время защищала себя, нам просто нужны были подходящие инструменты и настоящие лунные образцы, чтобы это увидеть.