Земной воздух обнаружили в лунном грунте

Атмосфера нашей планеты постоянно, хотя и очень медленно, утекает в космическое пространство. Новое исследование, проведенное учеными из Рочестерского университета (США), выяснило, что воздух не просто рассеивается в пустоте — магнитное поле Земли направляет его к Луне, где он накапливается на протяжении миллиардов лет. Это открытие превращает спутник Земли в уникальный архив, способный рассказать о составе древней атмосферы. 

Ключом к открытию, опубликованному в журнале Communications Earth & Environment, стало компьютерное моделирование, проведенное под руководством аспиранта Шубхонкара Параманика. Ученые сосредоточились на особых моментах, когда Луна, двигаясь по своей орбите, на несколько дней погружается в так называемый магнитный хвост Земли — длинный шлейф ее магнитного поля, вытянутый в сторону от Солнца.

Именно в этот период, примерно раз в месяц,магнитный щит планеты, обычно защищающий атмосферу, временно превращается в направляющий канал. По нему заряженные частицы земного воздуха — ионы кислорода, азота и других элементов — устремляются прочь от планеты и могут достичь поверхности Луны.

Как воздух покидает Землю

Процесс начинается высоко в атмосфере, где мощное ультрафиолетовое излучение Солнца «выбивает» электроны из атомов газов, превращая их в электрически заряженные ионы. Эти ионы уже не подчиняются только силе тяжести — они реагируют на магнитные и электрические силы.

Солнечный ветер — постоянный поток заряженных частиц от Солнца — захватывает часть этих ионов и уносит в космос. Когда Луна находится в магнитном хвосте Земли, ее магнитное поле действует как гигантский направляющий желоб, фокусируя этот рассеянный поток и направляя его к лунной поверхности.

Поверхность Луны покрыта реголитом — рыхлым, пылевидным слоем, похожим на измельченный песок, образовавшимся за миллиарды лет от ударов метеоритов. В отсутствие плотной атмосферы, которая могла бы сжечь или отклонить мелкие частицы, реголит действует как идеальная ловушка.

Заряженные атомы из земной атмосферы врезаются в частицы лунной пыли и застревают в их верхнем слое. Со временем, под воздействием новых ударов микрометеоритов и космической радиации, эти зерна с «земным воздухом» погружаются глубже, сохраняясь как в природном хранилище.

Подтверждение теории

Моделирование ученых получило практическое подтверждение. Команда проанализировала образцы лунного грунта, доставленные на Землю еще миссиями «Аполлон-14» и «Аполлон-17».

Ключевую роль сыграл изотопный анализ — изучение атомов одного и того же элемента, но с разной массой. Состав изотопов кислорода и азота, формируемый жизнью и геологическими процессами на Земле, уникален и отличается от состава тех же элементов в солнечном ветре. Ученые смогли обнаружить в лунном грунте именно «земную» сигнатуру.

Атмосфера Земли за миллиарды лет радикально менялась: в ней почти не было кислорода, затем его стало много, менялся состав парниковых газов. На самой Земле следы древней атмосферы стерты геологическими процессами.

Но если частицы этой атмосферы веками оседали на Луне и сохранились в погребенных слоях реголита, то наш спутник становится бесценной капсулой времени. Будущие миссии, способные бурить лунный грунт и анализировать его глубокие слои, могли бы буквально «прочитать» историю воздушной оболочки нашей планеты.

Воздух для лунных баз

Исследование указывает и на практическое использование. Кислород, водород и азот, запечатанные в лунной пыли, — это именно те элементы, которые критически важны для поддержания жизни и создания топлива.

Теоретически, нагрев реголита в специальных установках мог бы высвобождать эти газы для систем жизнеобеспечения. А вода, полученная из связанного в грунте водорода и кислорода, могла бы использоваться не только для питья, но и для расщепления на компоненты ракетного топлива. Это сделало бы лунные миссии более автономными и снизило бы гигантскую стоимость доставки всего необходимого с Земли.

Ученые отмечают, что процесс этот крайне медленный, и концентрации веществ невелики. Однако в масштабах всей Луны и миллиардов лет накопиться могло значительное количество. Следующим шагом станут прямые измерения на месте — будущие луноходы и посадочные модули смогут точно определить, сколько «земного воздуха» и где именно хранится в лунном грунте.

На Луне впервые нашли нанотрубки, возникшие без участия человека

Юпитер оказался очень богат кислородом

Подписывайтесь и читайте «Науку» в Telegram