Магнитосфера Земли направляет атмосферные частицы к Луне, согласно исследованию Рочестера

Физики из Университета Рочестера опубликовали в журнале Communications Earth & Environment результаты, которые пересматривают роль магнитосферы Земли во взаимодействии с Луной. Согласно их данным, земное магнитное поле действует не только как защитный барьер, но и как канал, направляющий ионизированные частицы из земной атмосферы на поверхность Луны на протяжении геологических эпох. Этот механизм был выявлен посредством трехмерных магнитогидродинамических (МГД) симуляций.

Исследование было инициировано аномалиями в образцах лунного грунта, доставленных миссиями «Аполлон». В этих образцах обнаружены летучие вещества, такие как вода, диоксид углерода, азот и гелий. Присутствие азота с изотопным составом, совпадающим с земной атмосферой, долгое время оставалось необъяснимой «загадкой лунного азота». Профессор Эрик Блэкман из Рочестерского университета использовал МГД-моделирование для сравнения сценариев ранней Земли без сильного магнитного поля с современными условиями.

Моделирование показало, что солнечный ветер выбивает ионы из верхних слоев атмосферы Земли. Затем линии магнитного поля направляют эти частицы в магнитохвост, который Луна захватывает во время своего орбитального движения. Исследовательская группа применяла высокоточные трехмерные МГД-симуляции с использованием кода AstroBEAR. Результаты подтвердили, что перенос частиц лучше всего объясняется сценарием современной Земли, где магнитное поле выступает в роли направляющей структуры.

Эти ионы, уносимые «земным ветром», имплантируются в лунный реголит на глубину около 100–500 нанометров, обеспечивая их долгосрочное сохранение. Непрерывный процесс переноса в течение миллиардов лет означает, что лунный реголит сохраняет химический архив эволюции земной атмосферы, климата и океанов. Изучение этого грунта может предоставить ученым окно в прошлое нашей планеты.

Профессор Блэкман, также старший научный сотрудник Лаборатории лазерной энергетики Рочестерского университета, отметил, что сочетание данных лунного грунта с вычислительным моделированием позволяет проследить историю земной атмосферы. Подтвержденная доставка летучих веществ, включая азот и воду, имеет практические последствия для планирования будущих лунных баз. Если реголит содержит значительные запасы земных ресурсов, это может снизить логистические затраты на поддержание постоянного присутствия человека на Луне, предоставляя новые возможности для извлечения необходимых для жизнеобеспечения газов.