Магнітосфера Землі, як з'ясувалося, спрямовує атмосферні частинки до Місяця: Дослідження Рочестера

Фізики з Університету Рочестера опублікували у виданні Communications Earth & Environment результати новаторського дослідження, які кардинально змінюють наше уявлення про роль магнітосфери Землі у взаємодії з Місяцем. Згідно з їхніми висновками, земне магнітне поле виконує функцію не лише захисного щита, а й своєрідного каналу. Цей канал протягом мільйонів років геологічної історії спрямовував іонізовані частинки з нашої атмосфери безпосередньо на поверхню Місяця. Відкриття стало можливим завдяки застосуванню складних тривимірних магнітогідродинамічних (МГД) симуляцій.

Поштовхом до початку цього дослідження стали незрозумілі аномалії, виявлені у зразках місячного ґрунту, які були доставлені на Землю під час місій «Аполлон». У цих зразках виявили значну кількість летких сполук, зокрема воду, діоксид вуглецю, азот та гелій. Особливо інтригуючим було знаходження азоту з ізотопним складом, ідентичним тому, що спостерігається в земній атмосфері. Ця «загадка місячного азоту» тривалий час залишалася нерозгаданою для науковців. Професор Ерік Блекман з Рочестерського університету застосував МГД-моделювання, щоб порівняти два сценарії: ранню Землю без потужного магнітного поля та сучасні умови з його наявністю.

Моделювання чітко продемонструвало, що сонячний вітер ефективно «вибиває» іони з верхніх шарів земної атмосфери. Далі, лінії магнітного поля Землі відіграють ключову роль, направляючи ці заряджені частинки у магнітохвіст. Місяць, рухаючись своєю орбітою, захоплює ці потоки під час проходження через цю ділянку. Дослідницька група використовувала високоточні тривимірні МГД-симуляції, застосовуючи спеціалізований програмний код AstroBEAR. Результати однозначно підтвердили, що механізм перенесення частинок найкраще пояснюється моделлю сучасної Землі, де магнітне поле виступає як структурований провідник.

Ці іони, які можна умовно назвати «земним вітром», імплантуються у місячний реголіт на глибину приблизно 100–500 нанометрів. Таке глибоке проникнення забезпечує їхнє довготривале збереження. Оскільки цей процес перенесення відбувався безперервно протягом мільярдів років, місячний реголіт фактично став хімічним архівом еволюції нашої планети, включаючи зміни в атмосфері, кліматі та океанах. Таким чином, вивчення цього ґрунту надає вченим унікальне вікно у далеке минуле Землі.

Професор Блекман, який також є старшим науковим співробітником Лабораторії лазерної енергетики Університету Рочестера, підкреслив важливість синергії між даними, отриманими з місячного ґрунту, та результатами обчислювального моделювання. Цей підхід дозволяє простежити історію земної атмосфери з безпрецедентною деталізацією. Підтверджена доставка таких летких речовин, як азот і вода, має прямі практичні наслідки для майбутнього планування місячних баз. Якщо реголіт дійсно містить значні запаси земних ресурсів, це може суттєво знизити логістичні витрати на підтримання сталої присутності людини на Місяці, відкриваючи нові горизонти для видобутку життєво необхідних газів.