Nors natūraliame Žemės palydove nėra kvėpuojamo oro, atmosfera vis dar yra, tačiau ji labai plona ir reta. Mokslininkai ilgai negalėjo suprasti, iš kur ji atsirado ir kodėl išlieka.
Skirtingai nei Žemė, Mėnulis neturi magnetinio lauko, kuris atstumia Saulės vėją, o Mėnulio gravitacija yra per silpna, kad ilgai išlaikytų dujines medžiagas paviršiuje. Todėl, remiantis visais fizikos dėsniais, atmosfera turėjo ištrūkti į kosmosą. Vadinasi, galime daryti išvadą, kad palydove yra koks nors šaltinis, kuris nuolat ją papildo.
Mėnulis neturi atmosferos įprastine šio žodžio prasme. Tačiau mokslininkai aptiko vadinamąją egzosferą, kuri yra plonas sluoksnis virš paviršiaus.
Egzosfera yra itin plonas dujų apvalkalas. Jo tankis dešimt trilijonų kartų mažesnis nei Žemės atmosferos. Nepaisant to, egzosfera taip pat sukuria slėgį prie paviršiaus, kuris yra 10 nPa. Ją daugiausia sudaro vandenilis, helis, neonas ir argonas. Ši atmosfera praktiškai neturi jokio poveikio pačiam Mėnuliui, t. y. nesukelia jokių procesų jo paviršiuje.
Kaip Mėnulyje susidarė atmosfera?
Kadaise Mėnulyje aktyviai išsiverždavo ugnikalniai. Kaip žinote, ugnikalnių išsiveržimus visada lydi dujų išsiskyrimas. Tačiau naujausių tyrimų duomenimis, vulkaninė veikla Mėnulyje nutrūko maždaug prieš du milijardus metų. Per tą laiką „vulkaninė” atmosfera jau seniai būtų išnykusi, jei ne nuolatinis jos „maitinimas”.
Mokslininkai užuominų apie tai, kaip iš tikrųjų atsirado atmosfera ir kodėl ji yra stabili, gavo 2013 m. NASA tyrimų aparato LADEE dėka.
Erdvėlaivis tyrė Mėnulio egzosferą ir jos poveikį Mėnulio dulkėms. Šio tyrimo metu buvo atrasti du procesai, kurių metu egzosfera gali pasipildyti lakiaisiais elementais – smūginis garavimas ir jonų atomizacija.
Smūginis garavimas vyksta, kai Mėnulį „bombarduoja” meteoritai. Dėl aukštos temperatūros ir slėgio daugelis Mėnulio paviršiaus medžiagų ir patys meteoritai išgaruoja. Dalis šių medžiagų išgaruoja į kosmosą, tačiau kitos medžiagos lieka virš Mėnulio ir papildo atmosferą.
Jonų atomizacija vyksta dėl Saulės vėjo sąveikos su Mėnulio paviršiumi. Kai didelės energijos įkrautos dalelės patenka į Mėnulio paviršiuje esančių medžiagų atomus, jos tiesiog „išmuša” juos į egzosferą. Tačiau iki šiol buvo neaišku, kuris iš šių procesų yra dominuojantis.
Ar tikrai meteoritai užtikrina egzosferos stabilumą?
Neseniai atliktame tyrime komanda naudojo Mėnulio grunto mėginius, iš kurių išskyrė du elementus – kalį ir rubidį. Prisiminkite, kad izotopas – tai elemento rūšis, kurios atomo branduolyje yra skirtingas neutronų skaičius. Izotopai, turintys daugiau neutronų, yra sunkesni už tuos, kurie turi mažiau neutronų. Lengvieji izotopai dažniau išlieka Mėnulio atmosferoje nei sunkieji izotopai, kurie nukrenta į paviršių. Smūginis garavimas ir jonų dulkinimas yra skirtingo efektyvumo, kalbant apie izotopų išskyrimą į Mėnulio atmosferą.
Remdamiesi modeliavimu, mokslininkai nustatė, kad jonų dulkinimas į atmosferą išleidžia lengvesnius izotopus. Taigi, nustatę sunkiųjų ir lengvųjų izotopų santykį Mėnulio dirvožemyje, mokslininkai nustatė, kad smūginis garavimas yra dominuojantis procesas.
Dėl joninio garavimo į atmosferą patenka tik 30 % dujų. Darbo autoriai apie tai pranešė žurnale „Science Advances“.
Tyrėjų teigimu, smūginis garavimas palaiko Mėnulio atmosferą milijardus metų. Mėnulis egzistuoja apie 4,5 mlrd. metų, ir visą šį laiką jį nuolat „bombardavo“ meteoritai. Dėl šios priežasties jo atmosfera visada išliko stabili.
Daugiau nei prieš 4 milijardus metų Saulės sistema buvo daug ramesnė nei dabar. Kažkuriuo metu į Žemę trenkėsi Marso dydžio planeta, kuri praėjus vos porai valandų po susidūrimo sukūrė natūralų Žemės palydovą.
Tuo tarpu pats jaunasis Mėnulis nuolat patirdavo didžiulius asteroidų smūgius. Tai liudija daugybė kraterių Mėnulio paviršiuje. Todėl galima daryti prielaidą, kad tuo metu Mėnulio atmosfera buvo tankesnė, nes dėl smūgių išsiskyrė daugiau dujų.
Laikui bėgant Saulės sistema tapo „ramesnė“. Į Mėnulį ir toliau atsitrenkdavo meteoritai, tačiau daug rečiau, t. y. tai vyko rečiau, o patys meteoritai buvo mažesni.
Reikėtų nepamiršti, kad Mėnulio gravitacija yra labai silpna, todėl jis negali turėti pilnos atmosferos. Todėl mažai tikėtina, kad jo egzosfera buvo tankesnė nei dabar, net ir tuo laikotarpiu, kai Mėnulyje išsiverždavo ugnikalniai ir į jį nuolat krisdavo meteoritai.
Abu šie elementai yra lakūs ir gali išgaruoti dėl meteoritų smūgių ir Saulės vėjo. Tyrimo užduotis buvo nustatyti skirtingų kalio ir rubidžio izotopų santykį Mėnulio dirvožemyje.
