Астрономы утверждают, что Луна поглощает земную атмосферу

Луна, наш вечный и, казалось бы, безжизненный спутник, ведёт себя как тихий космический коллекционер. Новое исследование, опубликованное в журнале Nature Communications Earth & Environment, кардинально меняет представление о её взаимоотношениях с Землёй. Учёные из Рочестерского университета пришли к выводу, что Луна на протяжении миллиардов лет аккумулирует молекулы из земной атмосферы, и ключевую роль в этом процессе играет не что иное, как магнитное поле нашей планеты — та самая защитная оболочка, которая долгое время считалась непреодолимым щитом.

Эта работа разрешает загадку, витавшую в научном сообществе со времён программы «Аполлон». Анализ лунного реголита, доставленного полвека назад, показал присутствие в нём воды, углекислого газа, гелия и азота. Изначально источником считалось Солнце. В 2005 году японские учёные выдвинули гипотезу о том, что эти вещества могли быть «выбиты» из атмосферы молодой Земли до формирования у неё магнитного щита около 3.7 миллиардов лет назад. Предполагалось, что с появлением магнитосферы этот поток должен был прекратиться.

Новое исследование опровергает это предположение, демонстрируя удивительный парадокс: земное магнитное поле не блокирует, а скорее помогает переносу атмосферных частиц на Луну, и этот процесс продолжается до сих пор.

Механизм космической передачи: роль магнитосферы

Чтобы понять этот феномен, необходимо представить структуру магнитосферы Земли — области пространства, контролируемой её магнитным полем. Под напором солнечного ветра (потока заряженных частиц от Солнца) она приобретает каплевидную форму: с дневной стороны она сжата, а с ночной — вытянута в длинный «хвост» (магнитохвост), простирающийся на сотни тысяч километров.

Именно в этом хвосте и кроется разгадка. Когда Луна, двигаясь по своей орбите, примерно на пять дней каждого месяца проходит через магнитохвост, она оказывается в особой зоне. Здесь силовые линии магнитного поля разомкнуты, создавая своеобразный коридор. По этому коридору ионы кислорода, азота и других газов, предварительно «сорванные» солнечным ветром с окраин земной атмосферы (ионосферы), получают прямой путь к лунной поверхности. Лишённая сколько-нибудь значимой атмосферы, Луна беспрепятственно принимает эту космическую посылку, и частицы навечно вмуровываются в пыль реголита.

Используя компьютерное моделирование, учёные сравнили два сценария: древнюю Землю без магнитного поля при сильном солнечном ветре и современную Землю со сформировавшимся полем. Оказалось, что современный, «защищённый» сценарий эффективнее в десятки раз. Магнитосфера не только слегка «раздувает» атмосферу, делая её верхние слои более уязвимыми для солнечного ветра, но и, формируя магнитохвост, целенаправленно направляет унесённые частицы в сторону лунной орбиты.

Лунный грунт как капсула времени земной истории

Это открытие превращает Луну в уникальный научный архив. Каждый слой её грунта, особенно в регионах, богатых реголитом, может содержать химическую запись состава земной атмосферы в разные геологические эпохи. «Состав атмосферы связан с эволюцией жизни на разных этапах истории Земли», — отмечает соавтор исследования Эрик Блэкман. Таким образом, изучая лунный грунт, мы можем искать отпечатки, например, Великой кислородной катастрофы, кардинально изменившей планету миллиарды лет назад.

Подтверждение гипотезы уже найдено в реальных образцах. Учёные сверили результаты моделирования с данными анализа грунта, доставленного миссиями «Аполлон-14» и «Аполлон-17», и обнаружили убедительное соответствие. Ранее, в 2017 году, группа японских исследователей под руководством Кентаро Тэрады экспериментально показала, что изотопный состав кислорода в лунном грунте соответствует земному, а не солнечному, что стало первым прямым доказательством этого потока. Новое исследование даёт этой картине полное теоретическое обоснование.

Практические последствия для будущего освоения Луны

Помимо фундаментального значения, это открытие имеет и сугубо практический аспект для будущих лунных миссий. Такие жизненно важные летучие вещества, как кислород, азот и водород (в составе воды), уже присутствуют на Луне в виде ресурса, частично имеющего земное происхождение. «Лунные миссии и возможные будущие колонии, вероятно, должны будут опираться на самодостаточные ресурсы, — говорит Блэкман. — Эти материалы, принесённые солнечным ветром, становятся частью местных ресурсов».

Например, азот может быть ключевым компонентом для производства аммиачных удобрений или даже ракетного топлива на лунных базах, снижая зависимость от дорогостоящих поставок с Земли.

Новая волна лунных исследований, включая доставку свежего грунта китайскими миссиями «Чанъэ-5» (с видимой стороны) и «Чанъэ-6» (впервые с обратной стороны), а также планируемые robotic landers, способные анализировать летучие вещества на месте, предоставят беспрецедентную возможность проверить и уточнить эту модель. Луна больше не воспринимается как мёртвое и изолированное тело. Она — активный участник длительного космического диалога с нашей планетой, тихий свидетель и хранитель истории Земли, чью летопись мы только начинаем учиться читать.