Atmosfera Księżyca: Jonosfera ma wysoką gęstość plazmy  

Jedna z najpiękniejszych rzeczy w matce ziemia jest obecność atmosfera. Życie na Ziemi nie byłoby możliwe bez żywej warstwy powietrza, która całkowicie otacza Ziemię ze wszystkich stron. We wczesnej fazie ewolucji atmosfery w czasach geologicznych decydującym źródłem gazów były reakcje chemiczne w skorupie ziemskiej. Jednak wraz z ewolucją życia procesy biochemiczne związane z życiem przejęły i utrzymują obecną równowagę gazową. Dzięki przepływowi stopionych metali we wnętrzu Ziemi powstaje pole magnetyczne Ziemi odpowiedzialne za odchylanie większości jonizujących wiatrów słonecznych (ciągłego strumienia cząstek naładowanych elektrycznie, czyli plazmy pochodzącej z atmosfery słonecznej) od Ziemi. Najwyższa warstwa atmosfery pochłania pozostałe promieniowanie jonizujące, stając się z kolei zjonizowaną (stąd nazywana jonosferą).  

Czy Księżyc, naturalny satelita Ziemi, ma atmosferę?  

Księżyc nie ma atmosfery takiej, jaką doświadczamy na Ziemi. Jej pole grawitacyjne jest słabsze niż ziemskie; podczas gdy prędkość ucieczki na powierzchni Ziemi wynosi około 11.2 km/s (pomijając opór powietrza), na powierzchni Księżyca wynosi zaledwie 2.4 km/s, czyli znacznie mniej niż średnia kwadratowa (RMS) prędkości cząsteczek wodoru na Księżycu. W rezultacie większość cząsteczek wodoru ucieka do przestrzeń a Księżyc nie jest w stanie utrzymać wokół siebie żadnej znaczącej warstwy gazów. Nie oznacza to jednak, że Księżyc w ogóle nie ma atmosfery. Księżyc posiada atmosferę, ale jest ona tak cienka, że ​​na powierzchni Księżyca panują warunki bliskie próżni. Atmosfera Księżyca jest niezwykle rzadka: około 10 bilionów razy cieńsza niż atmosfera ziemska. Gęstość atmosfery Księżyca jest porównywalna z gęstością najbardziej zewnętrznych obrzeży atmosfery ziemskiej¹. W tym kontekście wielu twierdzi, że Księżyc nie ma atmosfery.  

Połączenia księżycowy atmosfera jest ważna dla przyszłości ludzkości. Dlatego w ciągu ostatnich 75 lat przeprowadzono serię badań.  

NASAMisja Appolo wniosła znaczący wkład w momencie pierwszego wykrycia księżycowy atmosfera⁴. Księżycowy Eksperyment składu atmosfery (LACE) Apollo 17 wykazał niewielkie ilości szeregu atomów i cząsteczek (w tym helu, argonu i prawdopodobnie neonu, amoniaku, metanu i dwutlenku węgla) na powierzchni Księżyca¹. Następnie pomiary naziemne za pomocą spektroskopii linii emisyjnej wykazały pary sodu i potasu w atmosferze Księżyca². Pojawiły się także doniesienia o znalezieniu jonów metali pochodzących z Księżyca międzyplanetarny przestrzeń i H₂O lód w rejonie polarnym Księżyca³.  

Przez ostatnie 3 Ga (1 Ga lub giga-rok = 1 miliard lat lub 10⁹ lat), atmosfera Księżyca jest stabilna z egzosferą powierzchniową o małej gęstości (SBE). Wcześniej Księżyc miał bardziej wyraźną, choć przejściową atmosferę ze względu na znaczną aktywność wulkaniczną na Księżycu⁴.

Niedawno opublikowane badania wykorzystujące pomiary z Księżyc ISRO orbiter odkryli, że jonosfera Księżyca może mieć bardzo dużą gęstość elektronów. The księżycowy powierzchniowa gęstość elektronów może sięgać nawet 1.2 × 10⁵ na cm sześcienny, ale wiatr słoneczny działa jak silny środek usuwający, wymiatając całą plazmę międzyplanetarny średni⁵. Ciekawym odkryciem była jednak obserwacja wysokiej zawartości elektronów w obszarze kilwateru (obszar zaburzeń ciągnących w wietrze słonecznym w kierunku przeciwnym do Słońca). Był większy niż w kierunku dziennym, biorąc pod uwagę fakt, że ani promieniowanie słoneczne, ani wiatr słoneczny nie oddziałują bezpośrednio z dostępnymi neutralnymi cząstkami w tym regionie⁶. Badanie pokazuje, że dominującymi jonami w rejonie czuwania są Ar^+, i Ne⁺ które mają stosunkowo dłuższą żywotność niż jony molekularne (CO₂^+, i H₂O⁺ ), które dominują w innych regionach. Ze względu na ich dłuższą żywotność, Ar⁺ i Ne⁺ jony przeżywają w obszarze przebudzenia, podczas gdy jony molekularne łączą się i znikają. W pobliżu stwierdzono również wysoką gęstość elektronową księżycowy regiony polarne w okresach przejściowych^5,6. 

NASA planowana Misja Artemis na Księżyc ma na celu założenie bazy Artemis na Księżycu księżycowy powierzchni i bramy księżycowy orbita. Z pewnością pomoże to w bardziej szczegółowym i bezpośrednim badaniu księżycowy atmosfera⁷.  

*** 

Referencje:  

1. NASA 2013. Czy na Księżycu jest atmosfera? Dostępne online pod adresem https://www.nasa.gov/mission_pages/LADEE/news/lunar-atmosphere.html#:~:text=Just%20as%20the%20discovery%20of,of%20Earth%2C%20Mars%20or%20Venus.  

2. Potter AE i Morgan TH 1988. Odkrycie par sodu i potasu w atmosferze księżyca. NAUKA 5 sierpnia 1988 t. 241, wydanie 4866 s. 675-680. DOI: https://doi.org/10.1126/science.241.4866.67 

3. Stern SA 1999. Atmosfera księżycowa: historia, status, aktualne problemy i kontekst. Recenzje geofizyki. Pierwsza publikacja: 01 listopada 1999. Tom 37, wydanie 4 listopada 1999. Strony 453-491. DOI: https://doi.org/10.1029/1999RG900005 

4. Needham DH i Kringab DA 2017. Wulkanizm księżycowy wytworzył przejściową atmosferę wokół starożytnego Księżyca. Listy o Ziemi i Planetarnej Nauki. Tom 478, 15 listopada 2017, strony 175-178. DOI: https://doi.org/10.1016/j.epsl.2017.09.002  

5. Ambili KM i Choudhary RK 2021. Trójwymiarowy rozkład jonów i elektronów w jonosferze księżycowej powstał w wyniku reakcji fotochemicznych. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, tom 510, wydanie 3, marzec 2022, strony 3291–3300, DOI: https://doi.org/10.1093/mnras/stab3734  

6. Tripathi K.R., i wsp 2022. Badanie charakterystycznych cech jonosfery księżycowej z wykorzystaniem podwójnej częstotliwości radio eksperyment naukowy (DFRS) na pokładzie orbitera Chandrayaan-2. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters, tom 515, wydanie 1, wrzesień 2022, strony L61–L66, DOI: https://doi.org/10.1093/mnrasl/slac058  

7. NASA 2022. Misja Artemidy. Dostępne o https://www.nasa.gov/specials/artemis/ 

***