Mėnulio atmosfera: jonosfera turi didelį plazmos tankį  

Vienas gražiausių dalykų apie mamą Žemė yra an buvimas atmosfera. Gyvybė Žemėje nebūtų įmanoma be gyvo oro, kuris visiškai apgaubia Žemę iš visų pusių. Ankstyvojoje atmosferos evoliucijos fazėje geologiniais laikais cheminės reakcijos Žemės plutoje buvo pagrindinis dujų šaltinis. Tačiau gyvybės evoliucijai su gyvybe susiję biocheminiai procesai perėmė ir išlaikė esamą dujų pusiausvyrą. Dėl išlydytų metalų srauto Žemės viduje, dėl kurio susidaro Žemės magnetinis laukas, atsakingas už daugumos jonizuojančių saulės vėjų (nuolatinis elektriškai įkrautų dalelių, pvz., plazmos, kylančios iš Saulės atmosferos, srautas) nukreipimą nuo Žemės. Viršutinis atmosferos sluoksnis sugeria likusią jonizuojančiąją spinduliuotę, savo ruožtu tampa jonizuota (taigi vadinama jonosfera).  

Ar Mėnulis, natūralus Žemės palydovas, turi atmosferą?  

Mėnulis neturi tokios atmosferos, kokią mes ją patiriame Žemėje. Jo gravitacinis laukas yra silpnesnis nei Žemės; pabėgimo greitis Žemės paviršiuje yra apie 11.2 km/sek (neatsižvelgiant į oro pasipriešinimą), o Mėnulio paviršiuje jis yra tik 2.4 km/s, o tai yra daug mažesnis už vidutinį kvadratinį (RMS) vandenilio molekulių greitį Mėnulyje. Dėl to dauguma vandenilio molekulių išeina į kosmosą ir Mėnulis negali išlaikyti aplink save jokio reikšmingo dujų lakšto. Tačiau tai nereiškia, kad Mėnulis apskritai neturi atmosferos. Mėnulis turi atmosferą, tačiau ji yra tokia plona, ​​kad Mėnulio paviršiuje vyrauja beveik vakuuminė sąlyga. Mėnulio atmosfera itin plona: apie 10 trilijonų kartų plonesnė už Žemės atmosferą. Mėnulio atmosferos tankis prilygsta atokiausių Žemės atmosferos pakraščių tankiui¹. Būtent šiame kontekste daugelis teigia, kad Mėnulis neturi atmosferos.  

Šios mėnulio atmosfera yra svarbi žmonijos ateičiai. Taigi per pastaruosius 75 metus buvo atlikta daugybė tyrimų.  

NASA„Appolo“ misija labai prisidėjo, kai pirmą kartą aptiko Mėnulio atmosferą⁴. „Apollo 17“ Mėnulio atmosferos sudėties eksperimentas (LACE) Mėnulio paviršiuje aptiko nedidelius kiekius atomų ir molekulių (įskaitant helią, argoną ir galbūt neoną, amoniaką, metaną ir anglies dioksidą).¹. Vėliau atliekant antžeminius matavimus, naudojant emisijos linijos spektroskopiją, Mėnulio atmosferoje buvo aptikti natrio ir kalio garai.². Taip pat buvo pranešimų apie metalų jonų, sklindančių iš Mėnulio, radimą tarpplanetinėje erdvėje ir H₂O ledas Mėnulio poliarinėje srityje³.  

Per pastaruosius 3 Ga (1 Ga arba giga per metus = 1 milijardas metų arba 10⁹ metų), Mėnulio atmosfera yra stabili su mažo tankio paviršiaus ribine egzosfera (SBE). Prieš tai Mėnulis turėjo ryškesnę, nors ir trumpalaikę atmosferą dėl didelio vulkaninio aktyvumo Mėnulyje.⁴.

Neseniai paskelbti tyrimai, naudojant matavimus nuo ISROMėnulio orbita atskleidžia, kad Mėnulio jonosfera gali turėti labai didelį elektronų tankį. Mėnulio paviršiaus elektronų tankis gali siekti 1.2 × 10⁵ kubiniam cm, bet saulės vėjas veikia kaip stiprus šalinimo agentas, nušluojantis visą plazmą į tarpplanetinę terpę⁵. Tačiau įdomus atradimas buvo didelio elektronų kiekio stebėjimas pabudimo srityje (saulės vėjo trikdžių, nukreiptų prieš saulę, regionas). Jis buvo didesnis nei dienos kryptimi, atsižvelgiant į tai, kad nei saulės spinduliuotė, nei saulės vėjas tiesiogiai nesąveikauja su turimomis neutraliomis dalelėmis šiame regione.⁶. Tyrimas rodo, kad pabudimo regione dominuojantys jonai yra Ar^+, ir Ne⁺ kurių eksploatavimo laikas yra palyginti ilgesnis nei molekulinių jonų (CO₂^+, ir H₂O⁺ ), kurie dominuoja kituose regionuose. Dėl ilgesnio jų gyvavimo laiko Ar⁺ ir Ne⁺ jonai išgyvena pabudimo srityje, o molekuliniai jonai rekombinuojasi ir išnyksta. Didelis elektronų tankis taip pat buvo rastas šalia Mėnulio poliarinių regionų saulės pereinamuoju laikotarpiu^5,6. 

NASA planuojamos Artemidės misijos į Mėnulį tikslas – Mėnulio paviršiuje įrengti Artemis bazinę stovyklą ir Mėnulio orbitoje esančius vartus. Tai tikrai padės išsamiau ir tiesiogiai ištirti mėnulio atmosferą⁷.  

*** 

Nuorodos:  

1. NASA 2013. Ar Mėnulyje yra atmosfera? Galima internetu adresu https://www.nasa.gov/mission_pages/LADEE/news/lunar-atmosphere.html#:~:text=Just%20as%20the%20discovery%20of,of%20Earth%2C%20Mars%20or%20Venus.  

2. Potter AE ir Morgan TH 1988. Natrio ir kalio garų atradimas Mėnulio atmosferoje. MOKSLAS 5 m. rugpjūčio 1988 d., 241 tomas, 4866 leidimas, p. 675–680. DOI: https://doi.org/10.1126/science.241.4866.67 

3. Stern SA 1999. Mėnulio atmosfera: istorija, statusas, dabartinės problemos ir kontekstas. Geofizikos apžvalgos. Pirmą kartą publikuota: 01 m. lapkričio 1999 d. 37 tomas, 4 m. lapkričio 1999 d.. 453–491 psl. DOI: https://doi.org/10.1029/1999RG900005 

4. Needham DH ir Kringab DA 2017. Mėnulio vulkanizmas sukūrė laikiną atmosferą aplink senovės Mėnulį. Žemės ir planetų mokslo laiškai. 478 tomas, 15 m. lapkričio 2017 d., 175-178 psl. DOI: https://doi.org/10.1016/j.epsl.2017.09.002  

5. Ambili KM ir Choudhary RK 2021. Trimatis jonų ir elektronų pasiskirstymas mėnulio jonosferoje atsirado dėl fotocheminių reakcijų. Karališkosios astronomijos draugijos mėnesiniai pranešimai, 510 tomas, 3 leidimas, 2022 m. kovo mėn., 3291–3300 puslapiai, DOI: https://doi.org/10.1093/mnras/stab3734  

6. Tripathi KR, et al 2022 m. Mėnulio jonosferos charakteristikų tyrimas naudojant dviejų dažnių radijo mokslo (DFRS) eksperimentą Chandrayaan-2 orbitoje. Karališkosios astronomijos draugijos mėnesiniai pranešimai: „Letters“, 515 tomas, 1 leidimas, 2022 m. rugsėjo mėn., puslapiai L61–L66, DOI: https://doi.org/10.1093/mnrasl/slac058  

7. NASA 2022. Artemidės misija. Galimas adresu https://www.nasa.gov/specials/artemis/ 

***