Лунный пейзаж кажется безжизненным и однообразным — пыль, камни и кратеры, застывшие во времени. Однако новое исследование показывает, что под этим слоем реголита скрывается куда более интересная история. Оказывается, на протяжении миллиардов лет частицы земной атмосферы оседали на поверхности Луны, и ключевую роль в этом процессе сыграло магнитное поле Земли.
Работа ученых из Университета Рочестера, опубликованная в журнале Nature Communications Earth & Environment, предлагает неожиданную трактовку того, как земные газы могли преодолевать космическое расстояние между двумя телами. И, что не менее важно, объясняет, почему лунный грунт может оказаться стратегическим ресурсом для будущих лунных миссий.
Подсказки из лунной пыли
Образцы лунного грунта, доставленные на Землю миссиями «Аполлон» в 1970-х годах, давно стали объектом пристального изучения. Анализ показал, что реголит содержит так называемые летучие вещества: воду, углекислый газ, гелий, аргон и азот. Часть из них вполне объяснима — их приносит солнечный ветер, постоянный поток заряженных частиц от Солнца.
Но есть проблема: концентрация некоторых элементов, прежде всего азота, оказалась слишком высокой, чтобы списать всё только на солнечный ветер. Откуда же тогда этот избыток?
Еще в 2005 году ученые из Токийского университета предположили, что часть летучих веществ могла прийти с Земли. Правда, тогда считалось, что это возможно лишь в глубокой древности — до появления у нашей планеты магнитного поля, которое, как полагали, надежно удерживает атмосферу.
Новое исследование ставит этот тезис под сомнение.
Как магнитное поле помогает атмосфере «утекать»
Команда из Рочестера подошла к вопросу с помощью продвинутого компьютерного моделирования. Ученые смоделировали взаимодействие солнечного ветра с земной атмосферой в двух сценариях: для ранней Земли без магнитного поля и для современной Земли — с мощной магнитосферой и более спокойным солнечным ветром.
Результат оказался неожиданным. Наиболее эффективный перенос частиц происходил именно во втором случае. Под ударами солнечного ветра отдельные заряженные частицы атмосферы «выбиваются» в космос и затем движутся вдоль силовых линий магнитного поля Земли. Некоторые из этих линий вытягиваются достаточно далеко, чтобы достигать орбиты Луны. Получается своеобразная магнитная воронка, по которой крошечные порции земной атмосферы год за годом оседают на лунной поверхности.
Такой процесс мог идти непрерывно на протяжении миллиардов лет — ровно столько, сколько существует земное магнитное поле.
Луна как архив истории Земли
Если эта модель верна, то Луна становится не просто спутником, а своеобразным архивом. Ее грунт может хранить химический «слепок» земной атмосферы разных эпох. Изучая его, ученые получают редкую возможность заглянуть в прошлое нашей планеты — понять, как менялись климат, океаны и условия для зарождения жизни.
Но у открытия есть и практическая сторона. Долгий и стабильный перенос частиц означает, что лунный реголит может быть богаче летучими веществами, чем считалось ранее. Вода и азот — ключевые ресурсы для жизнеобеспечения — потенциально могут использоваться будущими колонистами, снижая зависимость от поставок с Земли.
По словам исследователей, выводы работы выходят далеко за рамки системы Земля–Луна. Они могут помочь понять судьбу атмосферы Марса — планеты, которая сегодня лишена глобального магнитного поля, но в прошлом, вероятно, имела его и более плотную атмосферу.
Сравнивая эволюцию разных планет и механизмы утечки атмосфер, ученые получают подсказки о том, какие факторы делают мир пригодным для жизни — и как легко эта пригодность может быть утрачена.
