Недавний анализ образцов, собранных на скрытой стороне Луны, показал, что магнитосфера Земли оказывает прямое влияние на то, как солнечный ветер воздействует на лунную поверхность. Исследование, опубликованное в журнале Nature Geoscience, демонстрирует, что два полушария Луны подвергаются воздействию солнечных частиц с различной скоростью и энергией, оставляя на лунном грунте отчетливые следы.
Исследователи использовали реголит, доставленный китайской миссией Chang’e-6. Солнечный ветер представляет собой непрерывный поток высокоскоростных заряженных частиц, который бомбардирует поверхность Луны миллиарды лет. Реголит, представляющий собой слой почвы и каменных обломков, покрывающий Луну, функционирует как естественный архив этой бомбардировки, сохраняя летучие элементы, поступающие от солнечного ветра, включая благородные газы, такие как гелий, неон, аргон, криптон и ксенон.
Поскольку эти газы химически инертны, они служат очень надежными индикаторами для изучения того, как солнечный ветер интегрировался в лунный грунт с течением времени.
До недавнего времени отсутствие образцов с обратной стороны Луны препятствовало прямому сравнению воздействия солнечного ветра на оба полушария. Эта ситуация изменилась благодаря миссии Chang’e-6, которая вернула на Землю 1,935 грамма реголита, собранного в бассейне Полярный Южный-Айткен, расположенном на скрытой стороне спутника. Эти образцы впервые позволили напрямую сравнить процессы осаждения солнечного ветра между стороной, обращенной к Земле, и противоположной стороной.
Команда исследователей, возглавляемая постдокторантом Чжан Сюйханом под руководством профессора Хэ Хуайю, оба из IGG, проанализировала изотопный состав благородных газов в этих образцах. В работе также участвовали ученые из Китайского университета науки и технологий и команда, ответственная за полезную нагрузку летучих веществ миссии Chang’e-7.
Во время анализа ученые обнаружили заметные различия в изотопном составе неона в образцах с обратной стороны. Среднее соотношение изотопов 20Ne и 22Ne составило 11,34 ± 0,22, что значительно ниже, чем было обнаружено во всех ранее собранных образцах с ближней стороны Луны. По мнению исследователей, этот результат приближается к теоретически ожидаемому изотопному составу после интенсивного процесса фракционирования, вызванного солнечным ветром. Это указывает на то, что скрытая сторона претерпела более интенсивное изотопное фракционирование, способствующее обогащению более тяжелым изотопом.
Также были замечены различия в поведении криптона и ксенона. В лабораторных экспериментах постепенного нагрева ксенон, поступающий от солнечного ветра в образцах Chang’e-6, высвобождался преимущественно при высоких температурах, образуя один пик высвобождения. В то время как образцы, собранные ранее миссией Chang’e-5 на ближней стороне Луны, показали два отдельных пика, с заметным высвобождением как при низких, так и при высоких температурах.
Авторы отмечают, что такое поведение свидетельствует о том, что ионы солнечного ветра проникли значительно глубже в реголит скрытой стороны, что доказывает, что эта область была подвержена воздействию частиц с большей энергией.
Чтобы объяснить эту разницу, исследователи связывают явление с так называемым эффектом «контроля скорости», который оказывает магнитосфера Земли. Во время своего орбитального движения Луна периодически проходит через магнитосферную баню — переходную зону вокруг магнитосферы Земли. В этой области солнечный ветер замедляется, снижая свою типичную скорость примерно с 400 километров в секунду до около 200 километров в секунду.
Этот более медленный солнечный ветер в основном достигает той стороны Луны, которая обращена к Земле, из-за чего частицы проникают в грунт менее глубоко. Обратная сторона, напротив, постоянно остается повернутой от Земли и, следовательно, подвергается воздействию незатронутого солнечного ветра, позволяя частицам большей энергии достигать более глубоких слоев реголита.
На основе анализов исследователи предполагают, что около 25% всего воздействия солнечного ветра, зарегистрированного в месте посадки миссии Chang’e-5, было обусловлено этим замедленным магнитосферой Земли ветром. Место посадки Chang’e-6, однако, не подверглось этому защитному эффекту.
Авторы утверждают, что данное исследование предоставляет первое прямое эмпирическое доказательство, основанное на образцах с обратной стороны Луны, того, что магнитосфера Земли контролирует скорость солнечного ветра, достигающего лунной поверхности. Этот эффект сохранился как в глубине проникновения частиц, так и в изотопных сигнатурах благородных газов, присутствующих в реголите. Исследователи также заявляют, что эти благородные газы могут выступать в роли «фоссилий», фиксирующих взаимодействия между магнитосферой Земли и солнечным ветром на протяжении истории.
При объединении с палеомагнитными данными, эти следы могут предложить новый метод реконструкции эволюции магнитосферы Земли на протяжении миллионов лет. Команда считает, что полученные результаты демонстрируют, что взаимодействие между Солнцем, Землей и Луной является более сложным, чем считалось ранее, открывая новое окно для понимания этих древних динамических процессов.
