.webp)
8 Minutės
Mėnulis gali išsaugoti blankų, bet pastovų Žemės atmosferos įrašą. Nauji tyrimai rodo, kad saulės vėjo iš Žemės aukštųjų oro sluoksnių išplėštos įkrautos dalelės gali keliauti palei magnetinio lauko linijas ir galiausiai nusėsti mėnulio dirvoje, palikdamos nepastovias medžiagas, tokias kaip azotas, vanduo ir inertiniai (naujųjų dujų) elementai.
.avif)
Saulės vėjas (geltonai-oranžinės trajektorijos) nuplėšia jonus iš Žemės aukštos atmosferos (mėlynai atvaizduotos trajektorijos). Kai kurios šios dalelės juda palei Žemės magnetinio lauko linijas (baltos, kreivos linijos) ir nusėda Mėnulio paviršiuje. Šis procesas gali palikti mėnulio dirvą su Žemės atmosferos „įrašu“.
Lėtas piltuvėlis: kaip Žemės magnetosfera perkelia atmosferos daleles
Iš pirmo žvilgsnio Žemės magnetinis laukas veikia kaip skydas — jis nukreipia kenksmingas saulės daleles ir saugo mūsų atmosferą nuo tiesioginio erozijos. Tačiau ta pati magnetinė geometrija tuo pačiu gali tapti ir transporto keliu. Kai Saulės įkrautos dalelės — saulės vėjas — pataiko į Žemės viršutinius atmosferos sluoksnius, jos gali išplėšti jonus iš atmosferos dujų. Šios įkrautos dalelės vėliau juda palei magnetinio lauko linijas, kai kurios iš jų tęsiasi daug toliau nei žemoji Žemės orbita ir kertasi su Mėnulio orbitos sritimi.
Įsivaizduokite magnetinio lauko linijas kaip nematomus greitkelius kosmose. Magnetosfera ne visada visiškai blokuoja daleles — tam tikromis geometrijos ir sąlygų kombinacijomis ji nukreipia daleles į išorę palei šiuos „greitkelius“. Per geologinius laiko intervalus — milijardus metų — menkos Žemės atmosferos dalys gali būti nutaikomos ir nukeltos nuo planetos, kol galiausiai nusės ant mėnulio paviršiaus. Procesas yra lėtas, nuoseklus ir tęstinis, bet kaupiamasis rezultatas gali būti pastebimas mėnulio regolito (laisvo dirvožemio ir uolienų dangos) cheminėje sudėtyje.
Šioje temoje svarbūs keli pagrindiniai sąvokų blokai ir mechanizmai:
- Saulės vėjas: pastovus įkrautų dalelių srautas, sklindantis iš Saulės, galintis eroduoti aukštuosius atmosferos sluoksnius ir inicijuoti jonų nuostolius.
- Magnetinio lauko linijos: Žemės magnetosferos forma ir atvirus-kertančias linijas gali nukreipti įkrautas daleles iš atmosferos palei kreivus kelius, kurie kartais pasiekia mėnulinius atstumus, ypač per žemo magnetinio lauko „vokų“ ar „tarpeklių“ zonas (angl. cusps) ir atviros linijos regionus.
- Regolito archyvas: Mėnulio paviršius, laisvas nuo atmosferinių reiškinių ir erozijos, gali išsaugoti net menkus svetimų atomų pėdsakus milijardus metų — taip veikiant kaip ilgalaikis cheminis archyvas.
Ką atskleidžia Apollo mėginiai ir kompiuteriniai modeliai
Mėginių analizės, grąžintų Apollo misijų, jau seniai rodo nepastovių junginių buvimą — mažus kiekius vandens, anglies dioksido, helio, argono ir azoto, įterptų į reglito sluoksnius ir uolienas. Dalis šių elementų aiškiai atsirado dėl saulės vėjo implantacijos, tačiau tam tikrų elementų, ypač azoto, matuojami kiekiai viršija tai, ką galima paaiškinti vien saulės vėjo implantacija.
Ankstesnės hipotezės siūlė, kad Žemės atmosfera galėjo migravusi į Mėnulį tik planetos ankstyvosiose stadijose, prieš susiformuojant stipriam globaliam magnetiniam laukui. Logika atrodė paprasta: kol magnetinis laukas nesusiformavo, atmosfera buvo labiau pažeidžiama; vėliau, susiformavus magnetiniam laukui, jis labiau užblokavo dalelių praradimą. Tačiau Rochestero universiteto mokslininkai pažvelgė į šią idėją iš naujo, pasitelkę šiuolaikinius kompiuterinius įrankius ir platesnį perspektyvą.
Rochestero komanda vykdė detalias simuliacijas, palygindama du absoliučius galimus scenarijus: ankstyvąją Žemę be globalaus magnetinio lauko, veikiamą stipresnio archajiško saulės vėjo, ir modernią Žemę su pastovia magnetosfera, bet silpnesniu šiuolaikiniu saulės vėju. Netikėtai modernios-magnetosferos scenarijus parodė efektyvesnį dalelių pernešimą iki mėnulinio atstumo. Pagrindinis mechanizmas yra toks: saulės vėjas nuima jonus iš viršutinės atmosferos, o šios įkrautos dalelės pasikliauna magnetinio lauko linijomis kaip kelrodžiu — kai šios linijos kertasi su Mėnulio orbita, dalelės gali nukristi ant paviršiaus ir tapti inkorporuotos reglite.
Vykdant tyrimą, pagrindiniai tyrėjai sujungė Apollo reglito metaduomenis — partiklų duomenis ir izotopines reikšmes — su skaitmeniniais modeliais, kurie simuliavo saulės vėjo ir magnetosferos tarpusavio sąveiką. Naudojant magnetohidrodinamikos (MHD) modelius, dalelių sekimo (particle tracing) algoritmus ir implantacijos parametrus, jie įvertino, kiek medžiagos galėtų kauptis ant Mėnulio per ilgus laikotarpius. Išvados rodo lėtą, bet nuolatinį atmosferinės medžiagos srautą į Mėnulį per milijardus metų. Tai reiškia, kad mėnulio paviršius gali saugoti laiko-vidurkiu apibūdintą cheminį įrašą — papildomą archyvą prie Žemėje naudojamų indikatorių, tokių kaip sedimentai ar ledynų gręžiniai, bet apimančių žymiai ilgesnius laiko intervalus.
Techniniai aspektai, kuriuos pabrėžia šie modeliai, apima uždarų ir atvirų magnetinio lauko linijų vaidmenį, magnetosferos žiedinių srovių dinamiką, planetinį „polarinį vėją“ (polar wind) ir daugiadalykį įtakos spektrą, kurį daro saulės aktyvumo svyravimai bei magnetinės rekonekcijos epizodai. Izotopiniai santykiai — pavyzdžiui, azoto 15/14 santykiai — gali suteikti papildomų įrodymų, leidžiančių atskirti Žemės atmosferos kilmės atomus nuo tų, kurie atėjo tiesiogiai iš saulės vėjo ar meteoritų.
Reikšmė planetų mokslui ir Mėnulio tyrinėjimui
Jeigu mėnulio dirva išties laiko įrašus apie Žemės atmosferą, pasekmės yra dvišalės. Moksliniu požiūriu Mėnulis tampa išoriniu Žemės atmosferos evoliucijos registratoriumi. Išgabendami ir analizuodami nepastovias medžiagas, išsaugotas giliuose reglito sluoksniuose ar apsaugotose mikroaplinkose (pavyzdžiui, kraterių sienelėse ar pastoviame šešėlyje esančiose nišose), tyrėjai galėtų ištirti, kaip keitėsi Žemės azoto balansas, vandens kiekis ar net biologinę veiklą signalizuojantys ženklai per milijardų metų intervalus.
Praktiškai — nuolatinis nepastovių medžiagų tiekimas yra indikacija, kad Mėnulyje gali būti nedideli, bet plačiai paplitę ištekliai, kuriuos ateities tyrinėtojai galėtų naudoti. Azotas yra esminis gyvybės palaikymo ir žemės ūkio sistemų elementas, o vanduo yra būtinas ne tik gėrimui, bet ir kaip žaliava kurui gaminti (elektrolizės būdu), radiacijos izoliacijai ir hidraulinėms sistemoms. Vietinė šių medžiagų išgavimas ir perdirbimas gali sumažinti į Žemę pakrauto svorį ir leisti ilgalaikes mėnulines bazes bei praplečiamos ISRU (in situ resource utilization) iniciatyvos.
Vis dėlto yra svarbių pastabų ir apribojimų. Magnetiškai nukreiptas atmosferos praradimas duoda labai mažus kiekius per metus; Mėnulio vertė slypi kaupiamajame poveikyje per gilų laiką ir reglito stabilume. Norint patikimai identifikuoti Žemės kilmės atomus, reikės tikslių ir orientuotų paieškų, pažangių mėginių ėmimo technologijų (pvz., gruntinių gręžinių, grąžinamų keramikinių kapsulių) bei griežtų taršos kontrolės protokolų laboratorinių ir misijų etapuose. Reikės užtikrinti, kad tyrimų metu nebus pridėta Žemės oro, judančių dalelių ar organinių pėdsakų, kurie galėtų sukelti klaidingas interpretacijas.
Rochestero tyrimas taip pat praplečia mūsų supratimą apie atmosferos nuostolius kitose planetose. Pavyzdžiui, Marsas šiuo metu neturi globalaus magnetinio lauko ir prarado didelę dalį savo ankstesnės atmosferos; tačiau ankstyvaisias gyvavimo periodais Marsas tikriausiai turėjo stipresnį lauką ir tankesnę atmosferą. Supratimas, kaip magnetosferos gali vienu metu saugoti ir nukreipti atmosferinę masę, leidžia tiksliau modeliuoti planetų tinkamumą gyventi visame Saulės sistemoje ir už jos ribų.
Ekspertų įžvalgos
"Derindami laboratorinius duomenis iš mėnulių mėginių su didelės raiškos magnetosferiniais modeliais, galime nustatyti naujas ribas, kaip Žemės atmosfera evoliucionavo," teigia Eric Blackman, fizikos ir astronomijos profesorius Rochestero universitete. "Mėnulis gali būti lėtosios judesio atmosferinės cheminės evoliucijos registratorius, papildantis žemės archyvus."
Dr. Shubhonkar Paramanick, magistrantūros tyrėjas, dalyvavęs simuliacijose, priduria: "Mūsų modeliai rodo, kad šiuolaikinės Žemės magnetinės geometrijos tam tikrose režimuose gali efektyviau piltuvo principu nukreipti daleles į kosmosą nei situacija be lauko. Tai prieštaringa intuityviai idėjai, bet atitinka Apollo mėginių duomenis."
Tyrimą iš dalies rėmė NASA ir NSF, o komandą sudarė skaitmeniniai mokslininkai, planetų geofizikai ir analizės specialistai, dirbę kryžminiuose mokslinių disciplinų projektuose.Tolimesni planai apima tikslingus nuotolinių stebėjimų kampanijų derinius, specializuotas mėginių grąžinimo misijas ir izotopinių pirštų atspaudų paiešką, leidžiančią atskirti Žemės kilmės atomus nuo kitų šaltinių.
Kai Mėnulio tyrinėjimas spartėja — su ekipažinėmis misijomis, komerciniais nusileidėjais ir vietinių išteklių naudojimo (ISRU) iniciatyvomis — idėja, kad Mėnulis tyliai saugo Žemės atmosferos daleles, tampa tiek patrauklia moksline galimybe, tiek praktišku aspektu ateities tyrinėtojams.
Galiausiai Mėnulis nėra vien tik negyvas, inertinis kaimynas. Jis yra ilgalaikis partneris mūsų planetos istorijoje, kurio dirva gali laikyti mikroskopines Žemės atmosferos istorijos puslapių dalis ir praktinius išteklius kitoje tyrinėjimų eroje.
Šaltinis: sciencedaily
Palikite komentarą