В течение миллиардов лет, прошедших с момента образования Земли и Луны, солнечное излучение и магнитное поле нашей планеты управляют сложным и незаметным процессом. Части атмосферы Земли перемещаются на наш спутник и остаются в его почве.
Перенос частиц Земли на Луну
Поверхность Луны может быть не просто внимательной, а бесплодной местностью. В течение миллиардов лет крошечные частицы из атмосферы Земли оседали на лунной почве, создавая возможный источник веществ, необходимых для жизни будущих астронавтов. Но только недавно ученые начали понимать, как эти частицы преодолевают путь от Земли до Луны и как долго длится этот процесс.
Новое исследование Университета Рочестера, опубликованное в журнале Communications Earth & Environment, показывает, что магнитное поле Земли может действительно помогать направлять атмосферные частицы, переносимые солнечным ветром, в космос, а не блокировать их. Поскольку магнитное поле Земли существует миллиарды лет, этот процесс мог постепенно перемещать частицы с Земли на Луну в течение длительного времени.
«Сочетая данные о сохранившихся в лунной почве частицах с компьютерным моделированием взаимодействия солнечного ветра с атмосферой Земли, мы можем проследить историю атмосферы Земли и ее магнитного поля», — говорит Эрик Блэкман, профессор кафедры физики и астрономии. Университет Рочестера.
Результаты исследований показывают, что лунная почва может не только хранить долгосрочные данные об атмосфере Земли, но и оказаться даже более ценной, чем считалось ранее, для будущих исследователей, которые будут жить и работать на Луне.
Подсказки по лунной почве
Почва, привезенная на Землю миссиями Apollo в 1970-х годах, дала ученым важные подсказки. Исследования этих образцов показывают, что пылевая поверхность Луны, которая называется реголитом, содержит летучие вещества, такие как вода, углекислый газ, гелий, аргон и азот. Некоторые из этих летучих веществ произошли от постоянного потока заряженных частиц Солнца, известного как солнечный ветер. Но их количество, особенно азота, слишком велико, чтобы его можно было объяснить только солнечным ветром.
В 2005 году группа ученых под руководством исследователей из Токийского университета выдвинула гипотезу, что часть летучих веществ могла попасть туда из атмосферы Земли. Они утверждали, что это могло произойти лишь в то время, когда у Земли еще не было магнитного поля, поскольку, по их мнению, магнитное поле мешало бы атмосферным частицам выходить в космос.
Но исследователи из Университета Рочестера обнаружили, что этот процесс может работать по-другому.
Роль магнитного поля в переносе частиц на Луну
Команда URochester, в состав которой входят Шубхонкар Параманик, аспирант кафедры физики и астрономии и стипендиат Horton Fellow в LLE; Джон Тардуно, профессор кафедры наук о Земле и окружающей среде имени Уильяма Р. Кенана-младшего; Джонатан Керролл-Нелленбек, ученый-вычислитель в Центре интегрированных исследований и вычислительных технологий и доцент кафедры физики и астрономии, использовала современные компьютерные симуляции, чтобы смоделировать, как и когда реголит мог приобрести элементы, обнаруженные в образцах Apollo.
Исследователи проверили два сценария. Один моделировал «раннюю Землю» без магнитного поля и под влиянием более сильного солнечного ветра. Другой моделировал «современную Землю» с ее сильным магнитным полем и более слабым солнечным ветром. Моделирование показало, что перенос частиц лучше всего работает в сценарии «современной Земли».
В этом случае заряженные частицы из атмосферы Земли выбиваются солнечным ветром и направляются вдоль линии магнитного поля планеты. Некоторые из этих линий простираются в космос настолько далеко, что достигают Луны. В течение миллиардов лет этот эффект воронки способствовал оседанию небольших количеств атмосферы Земли на Луне.
Сохранение прошлого и поддержка будущего
Длительный обмен частицами означает, что Луна может хранить химические данные об атмосфере Земли. Поэтому изучение реголита может дать ученым редкую возможность узнать, как эволюционировали климат, океаны и даже жизнь на Земле на протяжении миллиардов лет.
Долговременный, постоянный перенос частиц также свидетельствует о том, что лунная почва содержит больше летучих веществ, чем считалось ранее. Такие элементы, как вода и азот, могли бы обеспечить длительное пребывание человека на Луне, уменьшив необходимость транспортировки запасов с Земли и сделав исследование Луны более реальной.
По материалам phys.org
