Badanie z Rochester: Pole magnetyczne Ziemi kieruje cząsteczki atmosferyczne na Księżyc

Fizycy z Uniwersytetu w Rochester opublikowali w czasopiśmie Communications Earth & Environment wyniki badań, które rzucają nowe światło na rolę ziemskiej magnetosfery w interakcjach z Księżycem. Ich ustalenia sugerują, że pole magnetyczne naszej planety nie tylko pełni funkcję ochronną, ale także działa jak swoisty kanał, transportujący zjonizowane cząsteczki z ziemskiej atmosfery na powierzchnię Księżyca na przestrzeni eonów geologicznych. Mechanizm ten został zidentyfikowany dzięki zastosowaniu trójwymiarowych symulacji magnetohydrodynamicznych (MHD).

Punktem wyjścia dla tej nowatorskiej analizy były nieprawidłowości zaobserwowane w próbkach gruntu księżycowego, które przywieziono na Ziemię podczas misji Apollo. W tych próbkach wykryto substancje lotne, takie jak woda, dwutlenek węgla, azot i hel. Obecność azotu o składzie izotopowym zgodnym z ziemską atmosferą od dawna stanowiła dla naukowców niemałą zagadkę, określaną mianem „tajemnicy azotu księżycowego”. Profesor Eric Blackman z Uniwersytetu w Rochester wykorzystał modelowanie MHD, aby porównać scenariusze wczesnej Ziemi, pozbawionej silnego pola magnetycznego, z obecnymi warunkami planetarnymi.

Symulacje komputerowe wykazały, że wiatr słoneczny jest w stanie wybijać jony z wyższych warstw ziemskiej atmosfery. Następnie linie pola magnetycznego Ziemi kierują te cząsteczki do magnetosfery ogonowej, którą Księżyc przechwytuje w trakcie swojego ruchu orbitalnego. Zespół badawczy posłużył się zaawansowanymi, precyzyjnymi trójwymiarowymi symulacjami MHD, wykorzystując do tego celu kod AstroBEAR. Ostateczne rezultaty jednoznacznie potwierdziły, że transfer cząstek najlepiej tłumaczy scenariusz charakteryzujący współczesną Ziemię, gdzie pole magnetyczne funkcjonuje jako struktura przewodząca.

Te jony, niesione przez swoisty „wiatr ziemski”, ulegają implantacji w regolit księżycowy na głębokość rzędu 100 do 500 nanometrów, co zapewnia im długotrwałe zachowanie. Ciągły proces transportu, trwający miliardy lat, oznacza, że księżycowy regolit stanowi swoiste archiwum chemiczne, przechowujące zapis ewolucji ziemskiej atmosfery, klimatu i oceanów. Analiza tego materiału może otworzyć przed naukowcami okno na przeszłość naszej planety.

Profesor Blackman, który jest również starszym pracownikiem naukowym w Laboratorium Energetyki Laserowej na Uniwersytecie w Rochester, podkreślił, że połączenie danych pochodzących z próbek księżycowych z zaawansowanym modelowaniem obliczeniowym pozwala na rekonstrukcję historii atmosfery Ziemi. Potwierdzenie dostarczania substancji lotnych, w tym azotu i wody, niesie ze sobą wymierne konsekwencje dla planowania przyszłych baz księżycowych. Jeśli regolit rzeczywiście zawiera znaczące zasoby ziemskich surowców, może to istotnie obniżyć koszty logistyczne związane z utrzymaniem stałej obecności człowieka na Księżycu, otwierając nowe perspektywy pozyskiwania gazów niezbędnych do podtrzymania życia.