Атомы и молекулы с Земли оседают на Луне уже миллиарды лет

Ученые обнаружили, что атомы и молекулы из атмосферы Земли путешествуют через космос и оседают на Луне уже миллиарды лет. Это открытие объясняет одну из загадок, которая волновала ученых с момента миссий "Аполлон".

Не только это открытие указывает на способ, которым исторический рекорд атмосферы Земли может быть отложен на Луне, но также подразумевает, что на Луне имеется значительное количество элементов, которые могут быть полезны людям, если мы когда-нибудь создадим лунную базу.

В образцах лунного реголита, привезенных с Луны астронавтами "Аполлона", ученые обнаружили загадочное количество летучих веществ, таких как вода, углекислый газ, гелий, аргон и азот, которые имеют низкие точки кипения или сублимации. Некоторые из этих летучих веществ доставляются на Луну от Солнца через солнечный ветер, но количество этих веществ, особенно азота, не может быть объяснено только солнечным ветром.

В 2005 году ученые из Университета Токио предложили, что некоторые летучие вещества могут прийти с Земли, когда частицы, вырывающиеся из верхней атмосферы нашей планеты, получают толчок от энергичных частиц, несомых солнечным ветром. Однако ученые из Токио считали, что это могло произойти только в ранние дни истории Земли, до того, как наша планета развила сильное глобальное магнитное поле, которое, по их мнению, должно было блокировать частицы, вырывающиеся в космос.

Однако команда ученых из Университета Рочестера теперь предполагает, что это мнение было ошибочным. Команда, возглавляемая аспирантом Шубхонкаром Парамаником и профессором астрономии Эриком Блэкманом, использовала компьютерные симуляции, чтобы смоделировать, когда эти летучие частицы могли достичь Луны на основе двух разных сценариев.

Один сценарий изображал раннюю Землю, когда магнитное поле нашей планеты было слабым, а солнечный ветер был намного сильнее, описывая период в истории Земли, когда команда из Токио считала, что атмосфера нашей планеты была более восприимчива к потере в космос. Другой сценарий представлял современную среду Земли, с более сильным планетарным полем и более слабым солнечным ветром, исходящим от более старого Солнца.

Неожиданно, команда из Рочестера обнаружила, что современный сценарий Земли был более эффективен в транспортировке частиц атмосферы Земли на Луну. Это было связано с тем, что симуляции показали, что магнитное поле Земли обеспечило "шоссе" для частиц, а не блокировало их путь. Некоторые магнитные линии Земли достаточно длинны, чтобы достичь Луны.

В 2024 году исследователи из Университета Оксфорда обнаружили доказательства в 3,7-миллиардолетних железосодержащих породах в Гренландии, что древняя Земля имела магнитное поле, сравнимое по силе с современным. Это самое древнее доказательство магнитного поля Земли, поэтому, по крайней мере, с того времени, и, возможно, ранее, атмосфера Земли постепенно утечка в космос и на Луну.

"Объединив данные частиц, сохраненных в лунном грунте, с компьютерными моделями взаимодействия солнечного ветра с атмосферой Земли, мы можем проследить историю атмосферы Земли и ее магнитного поля", - сказал Блэкман в заявлении.

Это означает, что лунный реголит может содержать очень долгосрочный рекорд истории атмосферы Земли, который, в свою очередь, может научить нас о том, как климат, окружающая среда и даже жизнь на Земле изменились за миллиарды лет. Кроме того, идеи, полученные в результате этого исследования, не ограничиваются нашей планетой.

"Наше исследование может иметь более широкие последствия для понимания раннего атмосферного.escape на планетах, таких как Марс, который не имеет глобального магнитного поля сегодня, но имел его, подобный Земле, в прошлом, вместе с более толстой атмосферой", - сказал Параманик. "Изучая эволюцию планет вместе с атмосферным.escape на разных эпохах, мы можем получить представление о том, как эти процессы формируют пригодность планеты для жизни".

В другом месте Солнечной системы тонкая атмосфера Плутона также утечет на его самый большой спутник, Харон, хотя Плутон не имеет внутреннего магнитного поля, с помощью которого можно транспортировать частицы атмосферы. Вместо этого это гравитация Харона тянет частицы в атмосфере Плутона, а слабая гравитация Плутона позволяет частицам атмосферы быть украденными.

Этот обмен атмосферными атомами и молекулами также может иметь положительные последствия для будущего присутствия человека на Луне. Вода, например, имеет очевидные применения. (Вода также была доставлена на Луну давно астероидами и кометами.) Тот факт, что поток частиц с Земли на Луну протекает уже так долго, означает, что на лунной поверхности может скопиться больше летучих веществ, чем ожидают ученые, и все это ждет, когда астронавты их извлекут. Таким образом, это может быть своего рода первоначальный взнос в человеческое присутствие на Луне.

Результаты исследования были опубликованы 11 декабря в журнале Communications Earth & Environment.