Протягом мільярдів років, що минули з моменту утворення Землі та Місяця, сонячне випромінювання та магнітне поле нашої планети керують складним і непомітним процесом. Частинки атмосфери Землі переміщуються на наш супутник і залишаються у його ґрунті.
Перенесення частинок Землі на Місяць
Поверхня Місяця може бути не просто пильною, а безплідною місцевістю. Упродовж мільярдів років крихітні частинки з атмосфери Землі осідали на місячному ґрунті, створюючи можливе джерело речовин, необхідних для життя майбутніх астронавтів. Але лише нещодавно науковці почали розуміти, як ці частинки долають шлях від Землі до Місяця і як довго триває цей процес.
Нове дослідження Університету Рочестера, опубліковане в журналі Communications Earth & Environment, показує, що магнітне поле Землі може насправді допомагати направляти атмосферні частинки, що переносяться сонячним вітром, у космос, а не блокувати їх. Оскільки магнітне поле Землі існує мільярди років, цей процес міг поступово переміщати частинки із Землі на Місяць протягом дуже тривалого часу.
«Поєднуючи дані про частинки, що збереглися в місячному ґрунті, з комп’ютерним моделюванням взаємодії сонячного вітру з атмосферою Землі, ми можемо простежити історію атмосфери нашої планети та її магнітного поля», — каже Ерік Блекман, професор кафедри фізики та астрономії й видатний науковець Лабораторії лазерної енергетики (LLE) Університету Рочестера.
Результати досліджень свідчать, що місячний ґрунт може не лише зберігати довгострокові дані про атмосферу Землі, а й виявитися навіть ціннішим, ніж вважалося раніше, для майбутніх дослідників, які житимуть і працюватимуть на Місяці.
Підказки з місячного ґрунту
Ґрунт, привезений на Землю місіями Apollo в 1970-х роках, надав науковцям важливі підказки. Дослідження цих зразків показують, що пилова поверхня Місяця, яка називається реголітом, містить леткі речовини, такі як вода, вуглекислий газ, гелій, аргон і азот. Деякі з цих летких речовин походять від постійного потоку заряджених частинок Сонця, відомого як сонячний вітер. Але їхня кількість, особливо азоту, занадто велика, щоб її можна було пояснити лише сонячним вітром.
У 2005 році група науковців під керівництвом дослідників із Токійського університету висунула гіпотезу, що частина летких речовин могла потрапити туди з атмосфери Землі. Вони стверджували, що це могло статися лише в той час, коли Земля ще не мала магнітного поля, оскільки, на їхню думку, магнітне поле заважало б атмосферним частинкам виходити в космос.
Але дослідники з Університету Рочестера виявили, що цей процес може працювати інакше.
Роль магнітного поля в перенесенні частинок на Місяць
Команда URochester, до складу якої входять Шубхонкар Параманік, аспірант кафедри фізики та астрономії й стипендіат Horton Fellow в LLE; Джон Тардуно, професор кафедри наук про Землю та навколишнє середовище імені Вільяма Р. Кенана-молодшого; Джонатан Керролл-Нелленбек, вчений-обчислювач у Центрі інтегрованих досліджень та обчислювальних технологій і доцент кафедри фізики та астрономії, використовувала сучасні комп’ютерні симуляції, щоб змоделювати, як і коли реголіт міг набути елементів, виявлених у зразках Apollo.
Дослідники перевірили два сценарії. Один моделював «ранню Землю» без магнітного поля і під впливом сильнішого сонячного вітру. Інший моделював «сучасну Землю» з її сильним магнітним полем і слабшим сонячним вітром. Моделювання показало, що перенесення частинок найкраще працює в сценарії «сучасної Землі».
У цьому випадку заряджені частинки з атмосфери Землі вибиваються сонячним вітром і направляються вздовж ліній магнітного поля планети. Деякі з цих ліній простягаються в космос настільки далеко, що досягають Місяця. Протягом мільярдів років цей ефект воронки сприяв осіданню невеликих кількостей атмосфери Землі на поверхні Місяця.
Збереження минулого та підтримка майбутнього
Довготривалий обмін частинками означає, що Місяць може зберігати хімічні дані про атмосферу Землі. Тому вивчення реголіту може дати науковцям рідкісну можливість дізнатися, як еволюціонували клімат, океани й навіть життя на Землі впродовж мільярдів років.
Довготривале, постійне перенесення частинок також свідчить про те, що місячний ґрунт містить більше летких речовин, ніж вважалося раніше. Такі елементи, як вода та азот, могли б забезпечити тривале перебування людини на Місяці, зменшивши необхідність транспортування запасів із Землі та зробивши дослідження Місяця реальнішим.
За матеріалами phys.org
