Meteoriții dau Lunii atmosfera sa extrem de subțire

Exosfera primește vaporii –

Impacturile care vaporizează bucăți de suprafață lunară mențin atmosfera subțire a Lunii.

Este posibil ca Luna să nu aibă prea multă atmosferă, mai ales din cauza câmpului său gravitațional slab (dacă a avut o atmosferă substanțială cu miliarde de ani în urmă este discutabil). Dar se crede că în prezent își menține atmosfera slabă – cunoscută și sub numele de exosferă – din cauza impactului meteoriților.

Rocile spațiale au bombardat Luna de-a lungul existenței sale de 4,5 miliarde de ani. Cercetătorii de la MIT și de la Universitatea din Chicago au descoperit acum că probele de sol lunar colectate de astronauți în timpul erei Apollo arată dovezi că meteoriții, de la meteoriți uriași la micrometeoroizi nu mai mari decât bucăți de praf, au lansat un flux constant de atomi în exosferă.

Deși unii dintre acești atomi scapă în spațiu, iar alții cad înapoi la suprafață, cei care rămân deasupra Lunii creează o atmosferă subțire care continuă să fie completată pe măsură ce mai mulți meteoriți se prăbușesc pe suprafață.

„Pe perioade lungi de timp, vaporizarea impactului micrometeoriților este sursa principală de atomi din atmosfera lunară”, au spus cercetătorii într-un studiu publicat recent în Science Advances.

Gata de lansare

Când NASA și-a trimis orbiterul LADEE (Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer) pe Lună în 2013, misiunea a avut scopul de a afla originile atmosferei Lunii. LADEE a observat mai mulți atomi în atmosferă în timpul ploilor de meteoriți, ceea ce sugerează că impacturile au legătură cu atmosfera. Cu toate acestea, a lăsat întrebări cu privire la mecanismul care transformă energia de impact într-o atmosferă difuză.

Pentru a găsi aceste răspunsuri, o echipă de cercetători ai MIT și a Universității din Chicago, condusă de profesorul Nicole Nie de la Departamentul de Științe Pământului, Atmosferice și Planetare al MIT, trebuia să analizeze izotopii elementelor din solul lunar care sunt cele mai susceptibile la efectele micrometeoroizilor. impacturi. Au ales potasiu și rubidiu.

Ionii de potasiu și rubidiu sunt în mod special predispuși la două procese: vaporizarea prin impact și pulverizarea ionică.

Vaporizarea prin impact rezultă din ciocnirea particulelor la viteze mari și generând cantități extreme de căldură care excită suficient atomii pentru a vaporiza materialul în care se află și a-i trimite în zbor. Pulverizarea ionică implică impacturi de înaltă energie care eliberează atomii fără vaporizare. Atomii care sunt eliberați prin pulverizarea ionică tind să aibă mai multă energie și să se miște mai repede decât cei eliberați prin vaporizarea prin impact.

Oricare dintre acestea poate crea și menține atmosfera lunară în urma impactului meteoriților.

Deci, dacă atomii trimiși în atmosferă prin pulverizarea ionică au un avantaj energetic, atunci de ce au descoperit cercetătorii că majoritatea atomilor din atmosferă provin de fapt din vaporizarea prin impact?

Atingerea înapoi în jos

Deoarece probele de sol lunar furnizate de NASA au avut anterior cuantificați izotopii lor mai ușori și mai grei de potasiu și rubidiu, echipa lui Lie a folosit calcule pentru a determina ce proces de coliziune este mai probabil să împiedice diferiții izotopi să fugă din atmosferă.

Cercetătorii au descoperit că atomii transferați în atmosferă prin pulverizarea ionică sunt trimiși la energii atât de mari încât ating adesea viteza de evacuare – viteza minimă necesară pentru a scăpa de gravitația deja slabă a Lunii – și continuă să călătorească în spațiu. La urma urmei, atomii care ajung în atmosferă pot fi pierduți și din atmosferă.

Fracția de atomi care ating viteza de evacuare după vaporizarea impactului depinde de temperatura acelor atomi. Nivelurile mai scăzute de energie asociate cu vaporizarea prin impact duc la temperaturi mai scăzute, ceea ce oferă atomilor șanse mai mici de scăpare.

„Vaporizarea prin impact este sursa dominantă pe termen lung a atmosferei lunare, contribuind probabil cu mai mult de 65% din atmosfera atmosferică. [potassium] atomi, iar pulverizarea ionică reprezintă restul”, au spus Lie și echipa ei în același studiu.

Există și alte moduri în care atomii se pierd din atmosfera lunară. În cea mai mare parte, ionii mai ușori tind să rămână în exosferă, iar ionii cad înapoi la suprafață dacă sunt prea grei. Altele sunt fotoionizate de radiația electromagnetică de la vântul solar și adesea transportate în spațiu de particulele vântului solar.

Ceea ce am aflat despre atmosfera lunară prin solul lunar ar putea influența studiile asupra altor corpuri. S-a descoperit deja că vaporizarea prin impact lansează atomi în exosfera Mercurcare este mai subțire decât cea a Lunii. Studierea solului marțian, care ar putea ateriza pe Pământ cu misiuni de returnare a mostrelor în viitor, ar putea oferi, de asemenea, mai multe informații despre modul în care impactul meteoriților îi afectează atmosfera.

Pe măsură ce ne apropiem de o nouă eră a misiunilor lunare cu echipaj, Luna poate avea mai multe de spus despre unde provine atmosfera sa și unde se duce.

Science Advances, 2024. DOI: 10.1126/sciadv.adm7074