Атмосфера Земли просачивается на Луну

На протяжении миллиардов лет частицы земной атмосферы совершали космическое путешествие, чтобы в конечном итоге осесть на поверхности Луны. Это не сюжет для фантастического романа, а выводы нового исследования, проливающего свет на загадку, берущую начало со времён миссий «Аполлон». Открытие не только указывает на возможность наличия на нашем естественном спутнике своеобразной летописи состава древней земной воздушной оболочки, но и предполагает наличие там полезных веществ, которые могут оказаться ценными для будущих обитаемых лунных баз.

В образцах лунного грунта, доставленных на Землю астронавтами, учёные десятилетиями фиксировали необъяснимо высокое содержание летучих веществ — элементов с низкой температурой кипения или сублимации, таких как вода, углекислый газ, гелий, аргон и азот. Часть этих веществ приносит на Луну солнечный ветер — поток заряженных частиц от Солнца. Однако количественные показатели, особенно азота, не могли быть полностью объяснены только этим источником.

Ещё в 2005 году исследователи из Токийского университета выдвинули гипотезу, что часть летучих веществ имеет земное происхождение. Согласно их представлениям, частицы из верхних слоёв атмосферы нашей планеты могут выбиваться в космос под воздействием энергичных солнечных частиц. При этом считалось, что этот процесс мог эффективно работать лишь в глубокой древности, когда у Земли ещё не сформировалось сильное глобальное магнитное поле, которое, как полагали, стало надёжным щитом, блокирующим утечку.

Однако команда исследователей из Рочестерского университета, проведя компьютерное моделирование, пришла к выводу, что эта оценка была неточной. Учёные смоделировали два сценария: раннюю Землю со слабым магнитным полем и мощным солнечным ветром и современную Землю с сильным магнитным полем и более спокойным солнечным ветром от состарившегося светила.

Результаты оказались неожиданными. Сценарий с современной Землёй оказался более эффективным для транспортировки атмосферных частиц к Луне. Оказалось, что магнитное поле планеты играет не столько роль барьера, сколько роль своеобразного космического шоссе. Некоторые силовые линии земного магнитного поля достаточно протяжённы, чтобы достичь орбиты Луны, создавая направленный путь для ионизированных частиц из нашей атмосферы.

Этот вывод согласуется с другими данными. В 2024 году исследователи, изучая древние железосодержащие породы в Гренландии возрастом 3,7 миллиарда лет, нашли свидетельства того, что магнитное поле Земли в ту эпоху было сравнимо по силе с современным. Это древнейшее из известных доказательств существования земного магнетизма. Таким образом, по крайней мере с того времени и до наших дней атмосфера Земли постоянно, хотя и в малых количествах, просачивалась в космос и достигала поверхности Луны.

Данное открытие имеет несколько глубоких последствий. Во‑первых, лунный реголит может хранить уникальную запись изменений состава земной атмосферы на протяжении миллиардов лет. Изучая слои лунного грунта, можно теоретически реконструировать историю климата, состояния окружающей среды и даже, возможно, следы биологической активности нашей планеты в далёком прошлом.

Во‑вторых, эти процессы помогают лучше понять эволюцию других планет. Например, Марс, который сегодня лишен глобального магнитного поля, в прошлом обладал им, а также более плотной атмосферой. Изучение механизмов утечки атмосферы Земли может пролить свет на то, как подобные процессы влияли на обитаемость Красной планеты.

Интересно, что аналогичный, но физически иной процесс наблюдается и на окраинах Солнечной системы. Тонкая атмосфера Плутона мигрирует на его крупнейший спутник — Харон. В этом случае роль магнитосферы играет гравитация Харона, которая перетягивает частицы, а слабая гравитация Плутона позволяет им ускользать.

Наконец, самое прикладное значение этого открытия касается будущего освоения Луны. Тот факт, что поток земных частиц, включая потенциально полезные летучие вещества, стабильно поступал на Луну миллиарды лет, означает, что их накопление на лунной поверхности может быть значительнее, чем предполагалось ранее. Вода, азот, углерод — эти элементы критически важны для поддержания жизни и деятельности будущих лунных поселений. Таким образом, наша собственная планета, сама того не ведая, могла на протяжении эонов вносить свой вклад в создание своеобразного «страхового запаса» для своих исследователей на соседнем небесном теле. Лунный грунт становится не только архивом прошлого Земли, но и возможным ключом к её будущему в космосе.