Земля замедляет солнечный ветер, ударяющий в ближнюю сторону Луны

Фото из открытых источников

Луна миллиарды лет подвергается воздействию солнечного ветра, но на два полушария солнечного ветра влияют разные скорости и энергии. Теперь исследования, основанные на образцах с китайского спутника Chang'e-6, показывают, что магнитосфера Земли сформировала это различие. Исследование было опубликовано в журнале Nature Geoscience.

Солнечный ветер, непрерывный поток высокоскоростных заряженных частиц от Солнца, непосредственно бомбардирует поверхность Луны. Лунный реголит сохранил следы этой бомбардировки, служа естественным архивом летучих веществ, образовавшихся под воздействием солнечного ветра, включая благородные газы (He, Ne, Ar, Kr, Xe). Эти химически инертные элементы являются очень надежными индикаторами внедрения солнечного ветра и предоставляют ценные сведения об этом процессе.

До этого исследования отсутствие образцов с обратной стороны Земли препятствовало проведению прямых экспериментов по изучению систематических различий в воздействии солнечного ветра на два полушария.

Однако китайская миссия «Чанъэ-6» доставила на Землю 1,935 грамма реголита из бассейна Южного полюса-Эйткена на обратной стороне Луны, предоставив первую возможность напрямую сравнить процессы внедрения солнечного ветра на ближней и дальней сторонах.

На основе лунных образцов исследовательская группа под руководством Института геологии и геофизики (ИГГ) Китайской академии наук (КАН) провела изотопное исследование благородных газов в реголите Чанъэ-6 и определила концентрации и изотопный состав He, Ne, Ar, Kr и Xe.

Работа была выполнена Чжан Сюйханом, научным сотрудником IGG, под руководством профессора Хэ Хуайю, совместно с коллегами из Китайского университета науки и технологий и группой, занимавшейся разработкой летучей полезной нагрузки для спутника Chang'e-7.

В ходе анализа исследователи прежде всего заметили, что изотопный состав неона в реголите Чанъэ-6 весьма своеобразен. Среднее отношение 20Ne / 22Ne составляет 11,34 ± 0,22, что существенно ниже, чем сообщалось для всех ранее проанализированных образцов лунной поверхности на ближней стороне, но близко к теоретическому изотопному составу, ожидаемому после сильного фракционирования под действием солнечного ветра. Это означает, что обратная сторона Луны подверглась более сильному изотопному фракционированию, что привело к преимущественному обогащению более тяжелым изотопом.

Для Kr и Xe характер высвобождения также отличается от такового в образцах с ближней стороны. В экспериментах с пошаговым нагревом ксенон, образующийся под воздействием солнечного ветра в реголите Chang'e-6, высвобождался преимущественно при высоких температурах, образуя единственный пик высвобождения при высоких температурах. В отличие от этого, образцы Chang'e-5 демонстрировали отчетливую двухпиковую картину высвобождения, со значительным высвобождением ксенона как при низких, так и при высоких температурах. Это указывает на то, что ионы солнечного ветра проникали значительно глубже в реголит на дальней стороне, чем на ближней, — то есть дальняя сторона подвергалась воздействию частиц с более высокой энергией.

Но почему два полушария Луны получают солнечный ветер разной энергии?

Исследовательская группа объясняет это различие «регулирующим» эффектом магнитосферы Земли. Когда Луна вращается вокруг Земли, она периодически проходит через магнитосферную оболочку — буферную зону вокруг магнитосферы, — где скорость окружающего солнечного ветра замедляется с типичных 400 км/с до примерно 200 км/с.

Более медленный солнечный ветер достигает преимущественно ближней стороны Луны, что приводит к меньшей глубине имплантации ионов в реголит ближней стороны. В отличие от этого, дальняя сторона, постоянно обращенная от Земли, остается непосредственно подверженной воздействию невозмущенного солнечного ветра, что позволяет ионам проникать глубже в реголит.

Исследователи предполагают, что примерно 25% общего воздействия солнечного ветра на месте посадки «Чанъэ-5» было обусловлено замедлением этого солнечного ветра, в то время как на месте посадки «Чанъэ-6» подобного экранирующего эффекта не наблюдалось.

Предоставив первые прямые эмпирические доказательства на основе образцов обратной стороны Луны, это исследование подтверждает определяющее влияние магнитосферы Земли на внедрение солнечного ветра в лунную поверхность, эффект, который навсегда сохраняется как в распределении глубин внедрения, так и в изотопных характеристиках благородных газов в реголите.

Кроме того, исследователи отметили, что тяжелые благородные газы в лунных грунтах могут служить «ископаемыми свидетельствами» прошлых взаимодействий между магнитосферой Земли и солнечным ветром, предлагая новый подход к реконструкции долгосрочной эволюции магнитосферы Земли в сочетании с палеомагнитными данными.

Полученные результаты также показывают, что взаимодействия внутри системы Солнце–Земля–Луна сложнее, чем считалось ранее. По словам исследователей, эти результаты открывают новое окно в изучение этой древней динамики, показывая, что ближайший к Земле небесный сосед хранит ранее неизвестные свидетельства этих взаимодействий.