Загадочный источник воды на Луне связан с магнитным щитом Земли.

Новое исследование предполагает, что часть поверхностных вод Луны может иметь земное происхождение из-за высокоэнергетического взаимодействия между солнцем и магнитным щитом Земли.

Новые выводы, к которым пришла группа исследователей под руководством Шуай Ли (Shuai Li), ученого из Школы наук и технологий океана и Земли при Гавайском университете в Маноа, могут также объяснить, как вода скапливается в карманах Луны, которые никогда не видят солнечного света и называются постоянно затененными областями (PSR).

Мы знаем, что на Луне есть лёд, но не совсем понятно, откуда он взялся. Новое исследование предполагает, что образованию замерзшей воды на лунной поверхности способствуют волны электронов, поступающие косвенным путем с Земли и Солнца.

Эти электроны попадают на Луну, когда она входит и выходит из хвоста магнитосферы Земли, который наша планета оставляет за собой, проносясь через космическое пространство.

Внутри хвоста магнитосферы находится плазменный слой, состоящий из высокозаряженных электронов и ионов, вытянутых из атмосферы Земли и излучения солнечного ветра от Солнца.

Ученые ранее уже рассматривали роль, которую хвост магнитосферы и более крупная магнитосфера могут играть в образовании лунной воды. Магнитосфера создается в результате того, что защитное магнитное поле Земли противодействует солнечному ветру Солнца, создавая на его пути разнообразные эффекты.


Компоненты магнитосферы вокруг Земли.

Теория Ли и его команды связывает воду на Луне с магнитным пузырем, который окружает Землю и называется магнитосферой. Магнитосфера защищает нашу планету от высокоэнергетических заряженных частиц, приносимых с Солнца солнечным ветром.

Когда солнечный ветер врезается в магнитосферу, он деформирует этот магнитный щит, создавая длинный магнитный хвост на стороне Земли, обращенной от Солнца, то есть на ночной стороне планеты. Этот хвост удачно называют магнитосферой. Высокоэнергетические электроны и ионы солнечного ветра (и самой Земли) образуют плазменный слой (плазменную полосу) внутри магнитохвоста, т.е. хвоста магнитосферы.

Итак, когда Луна движется по орбите вокруг Земли, она проходит через магнитохвост. В результате, подобно тому как магнитосфера защищает Землю, магнитохвост защищает Луну от заряженных частиц, позволяя свету проникать на лунную поверхность.

«Это естественная лаборатория для изучения процессов образования воды на поверхности Луны», — говорит планетолог Шуай Ли (Shuai Li) из Гавайского университета в Маноа (University of Hawai'i at Mānoa).

«Когда Луна находится за пределами хвоста магнитосферы, лунная поверхность подвергается бомбардировке солнечным ветром. Внутри хвоста магнитосферы почти нет протонов солнечного ветра и ожидалось, что образование воды упадет почти до нуля».

Однако удаленный анализ показывает, что это не так. Более ранние исследования указывали на то, что ионы водорода от солнечных ветров генерируют воду на Луне, но, похоже, эта вода все еще образуется, когда лунная поверхность защищена от солнечных ветров внутри хвоста магнитосферы.

По мнению исследователей, здесь действуют другие силы — в частности, электроны. Один из способов, которым это может происходить, — реакция высокоэнергетических электронов с лунным грунтом с высвобождением захваченного водорода, который затем может образовать воду.

Чтобы выяснить это наверняка, потребуются дальнейшие наблюдения и эксперименты на лунной поверхности, но это интересное предложение - одно из многих, которые рассматривают ученые, пытаясь определить, откуда впервые возникла вода на Луне.

Для оценки того, как изменяется образование воды при прохождении Луны через магнитохвост, он и его коллеги использовали данные, собранные в 2008-2009 гг. прибором Moon Mineralogy Mapper (MMM) на борту космического аппарата Chandrayaan 1.

«К моему удивлению, наблюдения с помощью дистанционного зондирования показали, что образование воды в магнитохвосте Земли практически идентично тому времени, когда Луна находилась за пределами магнитохвоста Земли», — пояснил Ли. «Это указывает на то, что в магнитохвосте могут существовать дополнительные процессы образования или новые источники воды, не связанные напрямую с имплантацией (внедрением) протонов солнечного ветра», — говорит Ли.

«В частности, излучение высокоэнергетических электронов проявляет те же эффекты, что и протоны солнечного ветра».

Первоначально Ли начал думать о взаимодействии между хвостом магнитосферы и Луной, рассматривая процессы выветривания на поверхности Луны, которые происходят, когда Луна проходит через магнитный хвост Земли. Это показало, что кислород в хвосте магнитосферы вызывает ржавчину железа в полярных областях Луны.

«В целом это открытие и мои предыдущие находки ржавых лунных полюсов указывают на то, что Мать-Земля тесно связана со своей Луной во многих неосознанных аспектах», — добавил Ли.

Команда намерена продолжить работу над этим открытием, исследуя плазменную среду вокруг Луны и содержание воды на лунных полюсах в различные моменты прохождения Луны через магнитохвост. 

Эти работы будут проводиться как часть программы Artemis, в рамках которой уже в 2026 году к Луне будет отправлен космический аппарат Artemis III. Эта миссия должна вернуть человечество на Луну впервые за 50 лет и отправить на лунную поверхность первую женщину и первого цветного человека.

Существует множество причин, по которым источник воды на Луне вызывает интерес ученых: Это и возможность узнать больше о её прошлом, и возможность понять, как мы сможем жить на лунной поверхности в течение длительного времени.


Карта содержания воды на поверхности Луны.

Знания о распределении и концентрации воды на Луне необходимы не только для понимания эволюции естественного спутника Земли, но и для планирования будущих длительных миссий с экипажем на Луну.

Вода может использоваться не только для пропитания, но и для выработки топлива, которое могло бы быть использовано для организации полетов с поверхности Луны.

Эти миссии могли бы использовать Луну в качестве ступеньки для исследования более глубоких частей Солнечной системы, в том числе Марса.


Результаты исследования опубликованы 14 сентября в журнале Nature Astronomy.


Источники:

www.space.com

www.sciencealert.com

www.livescience.com