Атмосфера Луны: в ионосфере высокая плотность плазмы  

Одна из самых прекрасных вещей в матери-Земле — это наличие атмосферы. Жизнь на Земле была бы невозможна без живого воздушного покрова, полностью обнимающего Землю со всех сторон. На ранней стадии эволюции атмосферы в геологические времена химические реакции в земной коре были критическим источником газов. Однако с эволюцией жизни биохимические процессы, связанные с жизнью, взяли верх и поддерживают текущий газовый баланс. Благодаря потокам расплавленных металлов в недрах Земли, которые создают магнитное поле Земли, ответственное за отклонение большей части ионизирующих солнечных ветров (непрерывный поток электрически заряженных частиц, а именно плазмы, исходящей из солнечной атмосферы) от Земли. Самый верхний слой атмосферы поглощает оставшееся ионизирующее излучение и, в свою очередь, становится ионизированным (поэтому его называют ионосферой).  

Есть ли у Луны, естественного спутника Земли, атмосфера?  

На Луне нет атмосферы, которую мы ощущаем на Земле. Его гравитационное поле слабее земного; в то время как скорость убегания на поверхности Земли составляет около 11.2 км/сек (без учета сопротивления воздуха), на поверхности Луны она составляет всего 2.4 км/сек, что намного меньше среднеквадратичной (СКЗ) скорости молекул водорода на Луне. В результате большая часть молекул водорода улетает в космос, и Луна не может удерживать вокруг себя какой-либо значительный газовый слой. Однако это не означает, что на Луне вообще нет атмосферы. У Луны есть атмосфера, но она настолько тонкая, что на поверхности Луны преобладает состояние, близкое к вакууму. Атмосфера Луны чрезвычайно тонкая: примерно в 10 триллионов раз тоньше атмосферы Земли. Плотность атмосферы Луны соответствует плотности самых внешних окраин атмосферы Земли.¹. Именно в этом контексте многие утверждают, что у Луны нет атмосферы.  

Лунная атмосфера важна для будущего человечества. Следовательно, за последние 75 лет была проведена серия исследований.  

Миссия НАСА «Апполо» внесла значительный вклад, когда впервые обнаружила лунную атмосферу.⁴. Эксперимент по изучению состава лунной атмосферы (LACE) Аполлона-17 обнаружил небольшое количество ряда атомов и молекул (включая гелий, аргон и, возможно, неон, аммиак, метан и углекислый газ) на поверхности Луны.¹. Впоследствии наземные измерения обнаружили пары натрия и калия в атмосфере Луны с помощью спектроскопии эмиссионных линий.². Были также сообщения о нахождении ионов металлов, исходящих от Луны, в межпланетном пространстве и H₂O лед в полярной области Луны³.  

За последние 3 млрд лет (1 млрд лет или гигагод = 1 миллиард лет или 10⁹ лет) атмосфера Луны стабильна с малоплотной поверхностной границей экзосферы (SBE). До этого у Луны была более заметная, хотя и временная атмосфера из-за значительной вулканической активности на Луне.⁴.

Недавно опубликованные исследования с использованием измерений лунного орбитального аппарата ISRO показывают, что ионосфера Луны может иметь очень высокую плотность электронов. Плотность электронов на поверхности Луны может достигать 1.2 × 10⁵ на кубический сантиметр, но солнечный ветер действует как сильный очиститель, унося всю плазму в межпланетную среду⁵. Однако интересным открытием было наблюдение высокого содержания электронов в области следа (область замыкающих возмущений солнечного ветра в направлении, противоположном Солнцу). Оно было больше, чем в дневном направлении, учитывая тот факт, что ни солнечная радиация, ни солнечный ветер не взаимодействуют напрямую с имеющимися нейтральными частицами в этой области.⁶. Исследование показывает, что доминирующими ионами в кильватерной зоне являются Ar.^+, и Не⁺ которые имеют сравнительно более длительное время жизни, чем молекулярные ионы ( CO₂^+, и Н₂O⁺ ), которые преобладают в других регионах. Из-за более длительного срока службы Ar⁺ и Не⁺ ионы выживают в кильватерной области, в то время как молекулярные ионы рекомбинируют и исчезают. Высокая концентрация электронов была обнаружена также вблизи полярных областей Луны в переходные периоды Солнца.^5,6. 

Запланированная НАСА миссия Artemis на Луну направлена ​​​​на создание базового лагеря Artemis на поверхности Луны и Gateway на лунной орбите. Это, безусловно, поможет более детальному и непосредственному изучению лунной атмосферы.⁷.  

Ссылки:  

1. НАСА 2013. Есть ли на Луне атмосфера? Доступно онлайн по адресу https://www.nasa.gov/mission_pages/LADEE/news/lunar-atmosphere.html#:~:text=Just%20as%20the%20discovery%20of,of%20Earth%2C%20Mars%20or%20Venus.  

2. Поттер А.Э. и Морган Т.Х. 1988. Открытие паров натрия и калия в атмосфере Луны. НАУКА 5 августа 1988 г. Том 241, выпуск 4866, стр. 675-680. DOI: https://doi.org/10.1126/science.241.4866.67 

3. Стерн С.А. 1999. Лунная атмосфера: история, статус, текущие проблемы и контекст. Обзоры геофизики. Впервые опубликовано: 01 ноября 1999 г. Том 37, выпуск 4 ноября 1999 г. Страницы 453–491. DOI: https://doi.org/10.1029/1999RG900005 

4. Needham DH and Kringab DA 2017. Лунный вулканизм создал временную атмосферу вокруг древней Луны. Письма о Земле и планетологии. Том 478, 15 ноября 2017 г., страницы 175-178. DOI: https://doi.org/10.1016/j.epsl.2017.09.002  

5. Амбили К.М. и Чоудхари Р.К. 2021. Трехмерное распределение ионов и электронов в лунной ионосфере возникло в результате фотохимических реакций. Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества, том 510, выпуск 3, март 2022 г., страницы 3291–3300, DOI: https://doi.org/10.1093/mnras/stab3734  

6. Трипати КР, и др. 2022. Исследование характерных особенностей лунной ионосферы с использованием двухчастотного радионаучного эксперимента (DFRS) на борту орбитального аппарата «Чандраян-2». Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества: письма, том 515, выпуск 1, сентябрь 2022 г., страницы L61–L66, DOI: https://doi.org/10.1093/mnrasl/slac058  

7. НАСА 2022. Миссия Артемиды. Можно купить в https://www.nasa.gov/specials/artemis/