Обнаружен основной источник, отвечающий за наличие тонкой атмосферы на Луне

Для большинства практических целей считается, что Луна окружена вакуумом. На самом деле на ней есть слабая, едва заметная атмосфера, обнаруженная в 1980-х годах и наблюдаемая как очень редкий слой атомов, отражающихся от ее поверхности.

Всегда считалось, что эта атмосфера, технически известная как экзосфера, образовалась в результате какой-то эрозии. Теперь ученые из Массачусетского технологического института (MIT) и Чикагского университета определили основной процесс, который сформировал атмосферу Луны и продолжает поддерживать ее сегодня: ударное испарение.

Главными виновниками этого процесса были огромные метеориты, которые непрерывно бомбардировали ее в течение первых нескольких миллиардов лет. А затем микрометеороиды размером с пылинку, которые попали в нее совсем недавно и продолжают попадать.

Возможные виновники лунной атмосферы

В 2013 году НАСА отправило вокруг Луны орбитальный аппарат для детальной разведки атмосферы: Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer, LADEE. Задача LADEE заключалась в дистанционном сборе информации о тонкой атмосфере Луны, состоянии ее поверхности и о том, какое влияние оказывала и оказывает окружающая среда на реголит.

Данные LADEE подтвердили гипотезу ученых о том, что лунная поверхность и состав атмосферы могут быть связаны с определенными процессами космической эрозии. В частности, два из них были главными подозреваемыми:

1. Ударное испарение, вызванное постоянной бомбардировкой поверхности спутника каменистыми объектами. Метеороидные ливни, падающие на землю, поднимают частицы и атомы, которые заполняют атмосферу.
2. Ионное распыление, явление, связанное с солнечным ветром, переносит энергичные заряженные частицы от Солнца через пространство. Когда эти частицы ударяются о поверхность Луны, они могут передать свою энергию атомам в грунте и заставить их распыляться и летать в воздухе.

Согласно данным LADEE, казалось, что оба процесса играют важную роль. Но был ли какой-то из них доминирующим?

Анализ лунных образцов «Аполлона»

Чтобы ответить на этот вопрос, профессор кафедры наук о Земле, атмосфере и планетах Массачусетского технологического института Николь Ни и ее коллеги изучили образцы лунного грунта, собранные астронавтами во время миссий НАСА «Аполлон».

Совместно с исследователями из Чикагского университета они получили 10 образцов лунного грунта, каждый из которых составлял около 100 миллиграммов. Крошечное количество, которое, по словам Ни, может содержаться в одной капле дождя.

Затем они попытались выделить из каждого образца два элемента: калий и рубидий. Оба элемента «летучие», то есть легко испаряются как при ударах, так и при ионном распылении, и каждый из них существует в виде различных изотопов — атомов с одинаковым числом протонов, но немного отличающимся числом нейтронов.

Команда рассудила, что если лунная атмосфера состоит из атомов, которые были испарены и взвешены в воздухе, то более легкие изотопы этих атомов должны легче подниматься вверх, в то время как более тяжелые изотопы, скорее всего, будут оседать обратно на землю. Более того, эти два различных процесса должны приводить к совершенно разным изотопным соотношениям в почве. Таким образом, конкретное соотношение легких и тяжелых изотопов калия и рубидия, оставшихся в почве, должно выявить основной процесс, способствовавший возникновению лунной атмосферы.