На протяжении миллиардов лет Луна подвергалась непрерывному облучению солнечным светом, однако, как демонстрируют свежие данные, два её полушария воспринимают эту бомбардировку далеко не одинаково. Частицы, устремляющиеся к ближней и дальней сторонам, движутся с разной скоростью и несут в себе неодинаковый запас энергии, что кардинально меняет картину взаимодействия небесного тела с космической средой.
Ключ к разгадке этого феномена был найден благодаря анализу материала, доставленного миссией «Чанъэ-6». Собранные образцы позволили учёным установить, что именно магнитосфера Земли вносит решающий вклад в наблюдаемый контраст. Результаты этого исследования, имеющие огромное значение для понимания космических процессов, были опубликованы в авторитетном научном издании Nature Geoscience.
Лунная пыль как хранительница рекордов солнечного ветра
Солнечный ветер представляет собой постоянный поток заряженных частиц, движущихся с огромной скоростью и испускаемых Солнцем. Поскольку Луна лишена плотной атмосферы и глобального магнитного поля, эти частицы беспрепятственно достигают её поверхности, оставляя на ней свои следы. Лунный реголит, в свою очередь, выступает в роли своеобразного архива, фиксируя последствия этого воздействия. Он накапливает летучие элементы, приносимые солнечным ветром, включая благородные газы — гелий (He), неон (Ne), аргон (Ar), криптон (Kr) и ксенон (Xe). Эти элементы, крайне редко вступающие в химические реакции с другими веществами, служат для исследователей надёжными маркерами, позволяющими проследить, как частицы солнечной энергии имплантировались и накапливались в лунном грунте на протяжении эпох.
До недавнего времени учёные были ограничены в своих возможностях, имея доступ лишь к образцам с ближней стороны Луны. Отсутствие материала с противоположной стороны делало невозможным прямое сравнение процессов имплантации солнечного ветра в двух полушариях. Ситуация кардинально изменилась после того, как китайская миссия «Чанъэ-6» успешно доставила на Землю 1935 граммов реголита из бассейна Эйткен на южном полюсе обратной стороны Луны. Этот материал, полученный в ходе первой в истории миссии по забору грунта с обратной стороны, открыл путь к прямому сравнению того, как частицы солнечного света имплантируются в почву на разных сторонах спутника.
Шесть образцов «Чанъэ» выявили изотопные различия
Научная группа под руководством Института геологии и геофизики (IGG) Китайской академии наук (CAS) провела тщательное исследование элементного и изотопного состава гелия, неона, аргона, криптона и ксенона в материале, привезённом «Чанъэ-6». Руководил исследованием Сюйхан Чжан, постдокторант из IGG, работающий под началом профессора Х.Э. Хуайюй. В проекте также принимали участие исследователи из Университета науки и технологий Китая, а также члены команды, занимающейся разработкой беспроводной полезной нагрузки для будущей миссии «Чанъэ-7».
Одним из наиболее ярких открытий стало подтверждение различий в изотопах неона. В реголите «Чанъэ-6» среднее соотношение 20Ne/22Ne составило 11,34 ± 0,22. Эта величина оказалась значительно ниже значений, полученных для всех ранее изученных образцов с ближней стороны, однако она близко соответствует теоретическим расчётам, предсказанным для случая сильного фракционирования солнечного ветра. Данная закономерность указывает на то, что на дальней стороне Луны наблюдалось более интенсивное фракционирование изотопов, в результате которого более тяжёлый изотоп неона стал относительно более распространённым.
Солнечный ветер проникает глубже на дальней стороне
Анализ криптона и ксенона предоставил дополнительные доказательства того, что два полушария Луны подвергались воздействию частиц с различной энергией. В ходе экспериментов по ступенчатому нагреву выяснилось, что ксенон, принесённый солнечным ветром, высвобождался из материала «Чанъэ-6» преимущественно при высоких температурах, образуя единственный высокотемпературный пик. В образцах «Чанъэ-5», взятых с ближней стороны, наблюдалась иная картина: количество ксенона было значительным как при низких, так и при высоких температурах.
Этот контраст свидетельствует о том, что частицы солнечного излучения проникли гораздо глубже в реголит на обратной стороне Луны. Для более глубокой имплантации, как правило, требуются частицы с большей энергией, что указывает на то, что обратная сторона Луны подвергалась воздействию более быстрого и энергичного солнечного ветра.
Как Земля замедляет солнечный ветер
Исследователи объяснили обнаруженную разницу, опираясь на механизм «управления скоростью», связанный с воздействием магнитосферы Земли. Когда Луна движется по своей орбите вокруг Земли, она периодически проходит через магнитооболочку — буферную область, окружающую магнитосферу. В этой зоне скорость солнечного ветра существенно замедляется, падая с обычных 400 км/с примерно до 200 км/с.
Пониженная скорость в первую очередь затрагивает ближнюю сторону Луны, которая постоянно обращена к Земле. Частицы с меньшей энергией не проникают так глубоко в поверхность, поэтому их имплантация остаётся ближе к верхнему слою реголита. На дальней стороне, которая всегда обращена от Земли, такого замедляющего эффекта не наблюдается.аким же образом. Он остается постоянным солнечным солнечным ветром, которое позволяет более быстрым частицам проникать дальше в лунную землю.
По мере увеличения мощности, примерно 25% воздействия общей солнечной энергии, зарегистрированной на месте посадки Чанъэ-5, связанной с этим более медленным потоком. Для сравнения, на дальней стороне объекта «Чанъэ-6» не было обнаружено никаких доказательств получения такого же защитного эффекта.
Лунный грунт может записать магнитное прошлое Земли
Эти преобразования с обратной стороны предоставляют первое прямое доказательство того, что магнитосфера Земли контролирует скорость частиц солнечного ветра, достигающих различных частей Луны. Исследования постоянно фиксируются как на основании исследований, в которых частицы проникли в реголит, так и на изотопных характеристиках запертых там благородных газов.
Исследователи также предполагают, что тяжелые благородные газы в лунном грунте могут проявляться в качестве «записей окаменелостей». вскоре взаимодействий солнечной энергии с магнитосферой Земли. При изучении вместе с палеомагнитными данными эти газы могут предложить новый способ проследить, как магнитосфера Земли менялась в течение длительных периодов времени.
Результаты показывают, что неравенство между Солнцем, Землей и Луной более сложны, чем были установлены ранее учеными. Они также предполагают, что на Луне сохранились скрытые свидетельства этих древних взаимодействий, что дает исследователям новый способ учитывать долгосрочную историю магнитной среды Земли.