Хотя на Луне нет воздуха, которым можно дышать, она всё же окружена тончайшей атмосферой, называемой экзосферой. С 80-х годов астрономы наблюдали за слоями атомов, которые как бы "подпрыгивают" с поверхности Луны. Эта экзосфера, вероятно, образовалась в результате процессов космического выветривания, но до сих пор точно не было понятно, как именно это происходит.
Теперь учёные из MIT и Чикагского университета выяснили, что основной причиной появления этой атмосферы является "испарение при ударах". Исследование, опубликованное в Science Advances, объясняет, что лунная экзосфера появилась благодаря постоянным ударам метеоритов, которые испарялись при столкновении с поверхностью Луны.
Анализируя образцы лунного грунта, собранные во время миссий Apollo, исследователи обнаружили, что поверхность Луны подвергалась бомбардировкам метеоритами на протяжении 4,5 миллиардов лет. И если раньше удары были мощными, то теперь это в основном микрометеориты — маленькие частицы пыли, которые продолжают бить по Луне. Эти удары испаряют атомы, поднимая их в разреженную атмосферу. Часть этих атомов улетает в космос, а часть остаётся вокруг Луны, постоянно пополняя экзосферу. Учёные пришли к выводу, что удары метеоритов являются ключевым механизмом, который поддерживает лунную атмосферу.
Ранее, в 2013 году, NASA отправило на орбиту Луны аппарат LADEE для исследования её атмосферы и условий на поверхности. Ожидалось, что данные LADEE помогут определить, как именно образовалась лунная экзосфера. Ученые подозревали, что в процесс вовлечены два основных механизма: ударное испарение и ионное распыление — процесс, при котором частицы солнечного ветра выбивают атомы с поверхности Луны.
Данные LADEE показали, что оба процесса могут влиять на атмосферу. В моменты метеоритных дождей наблюдалось увеличение числа атомов в атмосфере, что подтверждало влияние ударов. Однако также были зафиксированы изменения во время затмений, когда Луна оказывается в тени от Солнца, что указывало на влияние солнечного ветра.
Чтобы выяснить, какой из процессов доминирует, команда проанализировала изотопы калия и рубидия в лунном грунте. Эти летучие элементы легко испаряются при ударах и ионном распылении, и учёные предположили, что более лёгкие изотопы быстрее поднимаются в атмосферу, чем тяжёлые. В итоге анализ показал, что именно ударное испарение оставляет в грунте больше тяжёлых изотопов, подтверждая, что этот процесс является основным источником экзосферы.
Мы теперь можем количественно оценить вклад каждого процесса, и выяснилось, что ударное испарение формирует примерно 70% лунной атмосферы, а оставшиеся 30% — результат солнечного ветра.
Это открытие не только проливает свет на историю Луны, но и может помочь понять процессы на других небесных телах, таких как спутники и астероиды, которые также подвергаются космическому выветриванию.
