Според ново изследване частици от земната атмосфера са били пренасяни в Космоса от слънчевия вятър и в продължение на милиарди години са се отлагали върху Луната, смесвайки се с почвата там.

Проучването хвърля нова светлина върху загадка, която съществува повече от половин век – още от времето, когато мисиите „Аполо“ донесоха на Земята лунни проби. Те съдържаха следи от вещества като вода, въглероден диоксид, хелий и азот, вградени в реголита – прахообразния повърхностен слой на Луната.

Първоначалните изследвания предполагат, че Слънцето е източникът на част от тези вещества. През 2005 г. обаче учени от Токийския университет изказват хипотезата, че те може да произхождат и от атмосферата на младата Земя, преди планетата да развие магнитно поле. Авторите тогава смятат, че след формирането си магнитното поле би спряло този поток, като улавя частиците и прави трудно или невъзможно изтичането им в Космоса.

Експерти предвиждат какво могат да донесат следващите 25 години

Пътища без трафик, бази на Луната и кибернетика – как може да изглежда светът през 2050 г.?

Новото изследване обаче обръща тази представа, като предполага, че земното магнитно поле може да е подпомагало, а не възпрепятствало преноса на атмосферни частици към Луната – процес, който продължава и днес.

„Това означава, че Земята е доставяла летливи газове като кислород и азот в лунната почва през цялото това време“, казва пред CNN Ерик Блекман, съавтор на изследването и професор в катедрата по физика и астрономия в Университета на Рочестър в Ню Йорк.

„Отдавна се смята, че Луната първоначално се е формирала в резултат на удар на астероид в протоземята, при който е имало значително първоначално смесване на подобни летливи вещества от Земята към Луната“, допълва той. „Нашите резултати показват, че този обмен на летливи вещества продължава и в рамките на милиарди години.“

Наличието на полезни елементи като кислород и водород на повърхността на Луната може да представлява интерес за бъдещи лунни мисии.

„Лунните експедиции, а в перспектива и евентуални лунни колонии, вероятно ще трябва да разчитат на самоподдържащи се ресурси, които не е необходимо да се доставят от Земята“, обяснява Блекман.

„Например учените изследват как водата в лунния реголит може да бъде преработвана и от нея да се извличат водород и кислород за производство на гориво. Съществуват и проучвания върху горива на основата на амоняк, които биха се възползвали от азота, пренесен на Луната чрез слънчевия вятър. Така материалът, донесен от слънчевия вятър, се вгражда в почвата и се превръща в част от местния ресурс, който подобни иновации биха могли да използват.“

Новият курс на NASA не е само технологично предизвикателство – той разкрива сблъсъка между частните амбиции на Мъск, политическите цели на Тръмп и бюрократичната инерция на Вашингтон

Космическа корекция: NASA променя курса си към Луната

Ценен химичен архив

За целите на новото изследване учените използват компютърни симулации и тестват два сценария. Първият включва силен слънчев вятър – високоскоростен поток от частици, идващи от Слънцето – и липса на магнитно поле около Земята. Вторият предвижда по-слаб слънчев вятър и силно земно магнитно поле. Двата сценария приблизително съответстват на древното и съвременното състояние на планетата. Оказва се, че моделът на съвременната Земя е най-ефективен при преноса на фрагменти от земната атмосфера към Луната.

След това учените сравняват резултатите с данни, получени директно от анализ на лунна почва в предишни изследвания.

„Използвахме лунни проби, донесени на Земята от мисиите „Аполо 14“ и „Аполо 17“, за да потвърдим резултатите си“, посочва Шубхонкар Параманик, докторант в катедрата по физика и астрономия в Университета на Рочестър и водещ автор на изследването, публикувано през декември в списанието Nature Communications Earth & Environment.

„Имаме слънчев вятър, който достига земната атмосфера, и след това атмосферата частично изтича в Космоса. Затова се опитахме да определим съотношението на това смесване – или да разграничим кои частици са със слънчев произход и кои са земни“, добавя той.

Магнитното поле на Земята се генерира от електрически токове, създавани от движението на разтопено желязо и никел във външното течно ядро на планетата. То се простира далеч в Космоса, образувайки щит, който отклонява голяма част от слънчевия вятър.

Когато магнитното поле взаимодейства със слънчевия вятър, се образува магнитосфера – структура, наподобяваща комета, с компресирана предна част и дълга опашка. Щом частици от слънчевия вятър се насочват по линиите на магнитосферата близо до полюсите, се появяват полярните сияния. 

Северното сияние – наблюдавано край Инувик в Северозападните територии на Канада – възниква, когато енергизирани частици от коронални изхвърляния на маса достигнат земното магнитно поле и взаимодействат с атмосферните газове.

Формата на магнитосферата обяснява защо слънчевият вятър може да „изтръгва“ части от земната атмосфера и да ги насочва в Космоса. Според Блекман тя също така позволява по-голям дял от земната атмосфера да бъде пренесен към Луната в сравнение с немагнитизирания, или древния модел на Земята.

„Магнитното поле не осигурява пълна защита по две причини: то упражнява налягане, което донякъде раздува земната атмосфера и дава на слънчевия вятър по-голям достъп до нея“, отбелязва той. „Когато Луната е във фаза пълнолуние, тя навлиза в т.нар. „магнитна опашка“ на Земята. В този регион земното магнитно поле се разтяга и образува невидима пътека, която насочва частици от нашата атмосфера директно към лунната повърхност.“

Луната преминава през магнитната опашка за няколко дни всеки месец, а частиците се отлагат на повърхността ѝ и се вграждат в почвата, тъй като Луната няма атмосфера, която да ги спре.

Разбирането на историята на това взаимодействие между Земята и Луната е важно, защото предоставя ценен химичен архив – информация за древната земна атмосфера, която може да се съдържа в лунната почва, твърдят авторите на изследването. Съставът на атмосферата, казва Блекман, е пряко свързан с еволюцията на живота в различните етапи от историята на Земята.

Докато САЩ, Китай и частни компании подготвят добив на ресурси на Луната, Европа иска да изгради собствена икономика извън Земята – с роботи, AI и ядрена енергия

Лунната икономика: Новата индустриална надпревара на Европа

Нова перспектива

Кентарo Терада, професор по изотопна космохимия и геохимия в Университета в Осака, Япония, споделя пред CNN, че е бил възхитен да види как негови наблюдения са получили теоретично потвърждение. Терада е ръководил изследване от 2017 г., което показва как слънчевият вятър и земното магнитно поле са пренесли кислород към Луната, но той не участва в новото проучване.

„Отдавна е признато, че Земята и Луната са се развивали физически заедно от самото си формиране“, коментира той. Откриването на лунни метеорити и наблюденията на потоци от частици от Земята, пренасяни от слънчевия вятър, разкриват нова перспектива – „двете небесни тела са си взаимодействали и химически“. По думите на Терада статията е „изключително вълнуваща със своя цялостен поглед върху историята на Земята“.

Според Симеон Барбър, старши научен сътрудник в Отворения университет във Великобритания, който не е участвал в изследването, Луната съдържа ключове към историята и еволюцията на Земята, а новото проучване затвърждава тази идея.

„Изследването е навременно“, допълва той, с оглед на новите лунни проби, донесени от китайските мисии „Чанъе-5“ и „Чанъе-6“, които позволяват допълнителна проверка на резултатите.“

Освен това, казва Барбър, работата ще подпомогне тълкуването на данните от предстоящи роботизирани лунни апарати, способни да измерват директно летливите елементи в лунния реголит.