Согласно результатам недавнего исследования, наша планета на протяжении миллиардов лет «делится» своей атмосферой со спутником. Под воздействием солнечного ветра частицы земного воздуха улетают в открытый космос и оседают на Луне, становясь частью её грунта.
Эта научная работа предлагает решение загадки, над которой ученые бились более полувека — с тех пор, как миссии «Аполлон» доставили на Землю образцы реголита. В лунной пыли были обнаружены следы воды, углекислого газа, гелия и азота, происхождение которых долгое время оставалось предметом дискуссий.
Ранее считалось, что эти вещества принес солнечный ветер непосредственно от Солнца. В 2005 году физики из Токийского университета выдвинули гипотезу, что газы могли попасть на Луну из атмосферы молодой Земли, но только в тот короткий период, пока у нашей планеты еще не сформировалось магнитное поле (примерно 3,7 миллиарда лет назад). Предполагалось, что возникновение магнитного щита должно было навсегда заблокировать этот поток. Однако новое исследование полностью опровергает это убеждение.
Выяснилось, что магнитное поле Земли не препятствует, а, напротив, способствует транспортировке атмосферных элементов на Луну, и этот процесс продолжается по сей день.
«Оказывается, всё это время Земля планомерно снабжала Луну летучими газами, такими как кислород и азот», — поясняет соавтор работы Эрик Блэкман, профессор астрономии из Университета Рочестера. По его словам, если раньше считалось, что обмен материей между телами произошел лишь однажды в момент формирования Луны, то теперь доказано: этот химический диалог длится миллиарды лет.
Наличие земных элементов на поверхности Луны открывает захватывающие перспективы для будущей колонизации. Для создания автономных поселений жизненно важно использовать местные ресурсы, а не везти всё с Земли.
«Ученые уже ищут способы извлечения водорода и кислорода из реголита для производства воды и ракетного топлива. Также рассматривается возможность создания аммиачного топлива на основе азота, принесенного с Земли. Лунная почва фактически является складом ценного сырья, накопленного за эоны лет», — отмечает Блэкман.
Химическая летопись планеты
В ходе исследования ученые смоделировали два сценария развития событий. Первый имитировал условия древней Земли (мощный солнечный ветер и отсутствие магнитного поля), второй — современные условия. Моделирование показало, что именно наличие магнитного щита делает перенос частиц наиболее эффективным.
Ведущий автор исследования Шубхонкар Параманик подчеркнул, что для верификации модели использовались реальные данные анализа образцов «Аполлона-14» и «Аполлона-17». Ученым удалось математически разделить частицы, пришедшие непосредственно от Солнца, и те, что имеют земное происхождение.
Механизм этого процесса уникален. Магнитное поле Земли, защищая нас от радиации, одновременно вытягивается под давлением солнечного ветра, образуя длинный «хвост» (магнитошлейф). Когда Луна в фазе полнолуния проходит через этот шлейф, открывается своего рода прямой канал, по которому земные ионы устремляются к лунной поверхности.
Это открытие превращает Луну в бесценный архив. Глубинные слои лунного грунта могут хранить химические записи о состоянии земной атмосферы в разные эпохи, что позволит ученым лучше понять эволюцию жизни на нашей планете.
Профессор Кентаро Терада из Университета Осаки, чьи работы в 2017 году заложили фундамент этой теории, выразил восхищение тем, что его гипотеза получила столь детальное теоретическое подтверждение. «Земля и Луна связаны не только гравитацией, но и постоянным обменом материей», — резюмирует он.
Новые данные будут особенно полезны для интерпретации результатов текущих и будущих миссий, таких как китайские аппараты «Чанъэ-5» и «Чанъэ-6», которые доставят на Землю свежие пробы грунта, включая образцы с обратной стороны Луны.
