Учёным Массачусетского технологического института и Чикагского университета удалось выяснить происхождение лунной атмосферы. По их выводам, она образовалась в результате постоянной метеоритной бомбардировки нашего спутника в течение 4,5 миллиардов лет его жизни. Работа исследователей была опубликована в журнале Science Advances 2 августа.
Луна имеет очень тонкую разреженную атмосферу, ещё известную под названием “экзосфера”. Ранее считали, что она является следствием какого-то космического испарения, но трудно было сказать, какого именно. В новом исследовании учёные доказывают, что роль в её формировании играет ударное испарение, когда метеориты при столкновении с Луной поднимают её грунт. При выбрасывании частиц испаряются определённые атомы, часть которых улетает в космос, а другая – “зависает” над Луной. Так образуется слабая атмосфера, которая постоянно обновляется на фоне непрерывных метеоритных бомбардировок.
В работе команда использовала данные миссии LADEE – орбитального аппарата, который в 2013 году был отправлен к Луне для исследования её атмосферы, поверхности и влияния окружающей среды на лунную пыль. Их анализ позволил выделить два процесса формирования атмосферы нашего спутника. Первым является именно ударное испарение, а вторым – ионное распыление. Последнее явление связано с солнечным ветром, когда тот переносит заряженные частицы от Солнца: когда они попадают на поверхность Луны, то могут передать свою энергию атомам в грунте, которые в результате этого распыляются и поднимаются в атмосферу.
Кроме того, исследователи изучали образцы лунного грунта, собранного ещё во время миссий NASA Apollo. Они использовали 10 образцов, каждый весом всего 100 миллиграммов, и выделили в них два элемента: калий и рубидий. Их особенностью является летучесть, то есть они легко испаряются как от удара метеоритом, так и под действием солнечного ветра. Учёные хотели определить соотношение изотопов – разновидностей этих элементов, которые имеют одинаковое количество протонов в ядре, но разное число нейтронов. Те, в которых нейтронов больше, являются более тяжелыми. Калий может существовать в виде трёх изотопов, а рубидий – двух.
По мнению команды, если атмосфера Луны состоит из частиц, которые зависли в воздухе, то более лёгкие из них поднимались бы вверх, а более тяжелые – оседали обратно в грунт; к тому же, ударное испарение и ионное распыление должны привести к различным изотопным соотношениям. По анализу образцов, оказалось, что лунный грунт содержит преимущественно тяжёлые изотопы калия и рубидия, а с определением их количества стало ясно, что основным процессом образования лунной атмосферы является ударное испарение: его вклад составляет около 70%, тогда как доля ионного распыления – 30%.
Такое открытие выходит за пределы одной лишь истории Луны. Исследователи считают, что подобные процессы могут происходить и на других космических телах, в частности, астероидах. Однако подробнее об этом можно будет говорить после анализа данных тех миссий, целью которых является возвращение из этих объектов образцов.