Исследователи из Венского технологического университета (TU Wien) приблизились к разгадке тайны происхождения экзосферы Луны — тонкого газового слоя, окружающего спутник. Ранее считалось, что ключевым механизмом её формирования является выбивание частиц солнечным ветром, однако новые данные показали, что его влияние было значительно переоценено.
Хотя ученые не исключают полностью роль солнечного ветра в формировании экзосферы, они пришли к выводу, что предыдущие компьютерные модели не учитывали шероховатость и пористость реального лунного реголита. Это привело к завышенным оценкам вклада этого процесса.
Профессор Фридрих Аумайр из Института прикладной физики TU Wien пояснил, что, в отличие от Земли, Луна не имеет плотной атмосферы, но окружена экзосферой — разреженным слоем отдельных атомов и молекул. Понимание её происхождения остается одной из главных загадок лунной науки.
Ранее предполагалось, что экзосфера формируется либо за счет выброса частиц при ударах микрометеоритов, либо в результате воздействия солнечного ветра на поверхность Луны. Однако точных экспериментальных данных о влиянии солнечного ветра до сих пор не хватало.
Для уточнения этих механизмов команда TU Wien провела высокоточные эксперименты с реальными образцами лунного реголита, доставленными миссией NASA «Аполлон-16» в 1970-х годах. Йоханнес Брётцнер, ведущий автор исследования, отметил, что использование кварцевого микровесового датчика позволило с высокой точностью измерить потерю массы материала под воздействием ионов. Параллельно были проведены масштабные 3D-моделирования, учитывающие реальную структуру и пористость реголита.
Сравнение результатов с предыдущими оценками показало, что реальный вклад выбивания частиц солнечным ветром в формирование экзосферы оказался в разы ниже ожидаемого. Анализ данных выявил причину: пористая и рыхлая структура лунной поверхности значительно смягчает воздействие солнечного ветра. Входящие ионы теряют энергию, сталкиваясь с микроскопическими неровностями, вместо того чтобы выбивать атомы с поверхности.
Аумайр подчеркнул, что это исследование не только предоставляет первые экспериментально подтвержденные данные о влиянии солнечного ветра, но и помогает разрешить другую лунную загадку. Недавний анализ изотопов в образцах «Аполлона» показал, что за геологические временные масштабы основным источником экзосферы являются микрометеоритные удары, а не солнечный ветер. Новые данные независимо подтверждают этот вывод.
Эти открытия могут быть полезны для будущих миссий, таких как программа NASA «Артемида», цель которой — создание постоянной базы на Луне. Понимание естественных процессов на поверхности спутника поможет эффективнее использовать его ресурсы. Кроме того, результаты исследования пригодятся для интерпретации данных миссии BepiColombo (ESA и JAXA), которая в ближайшие годы проведет первые прямые измерения экзосферы Меркурия.
Исследование опубликовано в журнале Communications Earth & Environment.