Луна тоже имеет атмосферу — теперь известно откуда она взялась

На естественном спутнике Земли хоть и нет воздуха для дыхания, атмосфера все же присутствует, правда, она очень тонкая и разряженная. Ученые долгое время не могли понять, откуда она взялась и почему сохраняется. В отличие от Земли, Луна не имеет магнитного поля, которое отталкивает солнечный ветер, а лунная гравитация слишком слабая, чтобы длительное время удерживать газообразные вещества у поверхности. Поэтому согласно всем законам физики, атмосфера должна была улететь в космос. Отсюда можно сделать вывод, что на спутнике есть некий источник, который постоянно ее пополняет.

Какую атмосферу имеет Луна

Луна не имеет атмосферы в привычном понимании этого слова. Однако ученые нашли у нее так называемую экзосферу, которая располагается над поверхностью тонким слоем. Экзосфера представляет собой чрезвычайно разреженную газовую оболочку. Ее плотность в десять триллионов раз меньше плотности атмосферы Земли.

Тем не менее экзосфера тоже создает давление у поверхности, которое составляет 10 нПа. Она состоит в основном из водорода, гелия, неона и аргона. На саму Луну эта атмосфера практически не влияет, то есть не вызывает никаких процессов на ее поверхности.

Как возникла атмосфера на Луне

Ранее мы уже рассказывали, что когда-то на Луне активно извергались вулканы. Как известно, извержение вулканов всегда сопровождается выбросом газов. Однако, согласно последним исследованиям, вулканическая активность на Луне прекратились около двух миллиардов лет назад. За это время “вулканическая” атмосфера давно бы исчезла, если бы у нее не было постоянной «подпитки».

Подсказки о том, как на самом деле возникла атмосфера и почему она стабильна, ученые получили в 2013 году благодаря исследовательскому аппарату НАСА LADEE. Аппарат изучил экзосферу Луны и ее влияние на лунную пыль. В ходе этого исследования было обнаружено два процесса, в результате которых экзосфера может пополняться летучими элементами — это ударное испарение и ионное распыление.

Ударное испарение происходит, когда Луна подвергается “бомбардировке” метеоритами. В результате высокой температуры и давления, многие материалы с поверхности Луны и самих метеоритов испаряются. Часть из них улетает в космос, но другая часть остается над Луной и пополняет атмосферу.

Ионное распыление происходит в результате взаимодействия солнечного ветра с поверхностью Луны. Когда высокоэнергетические заряженные частицы ударяются об атомы веществ на поверхности Луны, они буквально «выбивают» их в экзосферу. Однако до последнего момента было неясно, какой из этих процессов является доминирующим.

Как метеориты обеспечивают стабильность экзосферы

В недавнем исследовании команда использовала образцы лунного грунта, в котором выделила два элемента — калий и рубидий. Оба они летучие и могут испаряться в результате ударов метеоритов и воздействия солнечного ветра. Задача исследования заключалась в том, чтобы определить соотношение различных изотопов калия и рубидия в лунном грунте.

Напомним, что изотопом называется разновидность элемента, которая имеет разное количество нейтронов в своем атомном ядре. Изотопы с большим количеством нейтронов тяжелее, чем те, у которых их меньше. Легкие изотопы с большей долей вероятности будут оставаться в атмосфере Луны, чем тяжелые, которые падают обратно на поверхность.

Ударное испарение и ионное распыление имеют разную эффективность в плане выбросов изотопов в лунную атмосферу. На основе моделирования ученые выяснили, что ионное распыление выбрасывает в атмосферу легкие изотопы. Таким образом, определив соотношение тяжелых и легких изотопов в Лунном грунте, ученые обнаружили, что доминирующим процессом является ударное испарение. На ионное же испарение приходится только 30% от поступающих в атмосферу газов. Об этом авторы работы сообщают в журнале Science Advances.

По мнению исследователей, ударное испарение поддерживает атмосферу Луны в течение миллиардов лет. Луна существует около 4,5 миллиарда лет, и на протяжении всего этого времени она непрерывно “бомбардировалась” метеоритами. Благодаря этому ее атмосфера всегда оставалась стабильной.

Могла ли молодая Луна иметь более плотную атмосферу?

Более 4 миллиардов лет назад Солнечная система была гораздо более спокойной, чем сейчас. В какой-то момент планета размером с Марс налетела на Землю, в результате чего и возник естественный спутник Земли спустя всего пару часов после катастрофы. При этом молодая Луна сама постоянно подвергалась массивным ударам астероидов. Свидетельством этого являются многочисленные кратеры на поверхности.

Соответственно, можно предположить, что Луна в тот период времени обладала более плотной атмосферой, так как в результате ударов выделялось большее количество газов. С течением же времени Солнечная система становилась более “спокойной”. Луна хоть и продолжала подвергаться ударам метеоритов, но уже в гораздо меньшей степени, то есть это происходило реже, а сами метеориты были меньше.

Обязательно посетите наши каналы Дзен и Telegram, здесь вас ждут самые интересные новости из мира науки и последние открытия!

Однако следует учитывать, что Луна имеет очень слабую гравитацию, в результате чего не способна удержать полноценную атмосферу. Поэтому вряд ли ее экзосфера была плотнее чем сейчас, даже в тот период когда на ней извергались вулканы и постоянно врезались метеориты.