Почему вокруг луны нет атмосферы

Чем объясняется отсутствие атмосферы на Луне?

Содержать атмосферу дело достаточно хлопотное. Во первых надо иметь достаточную массу, чтобы гравитационно удерживать атмосферу. Это означает, что вторая космическая скорость (v₂) должна быть значительно выше (по крайней мере в 10 раз больше), чем скорость теплового движения молекул атмосферы. На примере Луны мы знаем, что v₂ = 2.4 км/сек. Солнечная сторона Луны прогревается до температуры более 100 °C. Это соответствовует среднеквадратичным отколнением скоростей (v = √ ) для молекул водорода, азота, кислорода и углекислого газа равным: v(H₂) = 2.2 км/сек, v(N₂) = 0.58 км/сек, v(О₂) = 0.54 км/сек, v(СО₂) = 0.46 км/сек. Таким образом, гравитация Луны удержать водород вообще не может. Более тяжёлые газы она вполне могла бы удержать, но только на короткое время из-за флуктуаций скоростей (распределение Максвелла). Шансы удержаться у поверхности Луны имеет разве что тяжеленный газ ксенон с v(Xe) = 0.27 км/сек, но этого не даст ему сделать самый существенный фактор — Солнечный ветер.

Средние скорости частиц солнечного ветра более 400 км/сек. В основном это поток протонов и электронов, постоянно бомбардирующих Луну. При взаимодействии с молекулами атмосферы (любого состава), частицы солнечного ветра передают им достаточно энергии и в прямом смысле выдувают их из гравитационных объятий Луны. Вот это и есть основная причина полного отсутствия атмосферы у Луны.

Солнечный ветер легко бы сдул атмосферу и с планеты Земля, если бы у Земли не было бы сильного магнитного поля. Именно геомагнитное поле защищает нашу атмосферу от разрушительного воздействия солнечного ветра.

Источник

Есть ли на Луне атмосфера?

Утверждение о том, что атмосфера у Луны отсутствует, одновременно и правильное, и ошибочное. Плотной газовой оболочки, способной защитить поверхность от падения метеоритов, а жизнь на ней — от смертоносного космического излучения, у нашего спутника нет. Но у него есть тонкая и сильно разреженная газовая оболочка, которую можно считать атмосферой.

Плотность лунной атмосферы

Плотность лунной атмосферы в 10 триллионов раз меньше, чем атмосферы Земли. Плотность зависит от лунных «суток»: на освещенной солнцем дневной стороне у поверхности лунной почвы концентрация ионов газа в 1 см³ составляет 10 в 4 степени, а на темной ночной — 10 в 5 степени. Для нашей планеты этот показатель равен 2,7х10 в 19 степени.

Лунная атмосфера настолько разрежена, что для того чтобы произошло столкновение двух атомов присутствующих в ней газов, им нужно проделать путь длиной больше 10 радиусов Луны ночью и 100 — днем.

До тех пор, пока они не разгонятся больше 2,38 км/с, чтобы улететь в космос, или не замедлятся до 1,68 км/с, чтобы быть притянутыми гравитацией спутника, молекулы в этой газовой прослойке движутся вокруг Луны по эллиптическим орбитам, как микроскопические спутники.

Какие газы присутствуют

В атмосфере Луны нет воздуха, ее основу составляют:

молекулы водорода;
ионы гелия;
ионы метана;
ионы аргона;
ионы неона.

В 1991 г. у Луны был обнаружен небольшой — размером 15-20 радиусов — натриевый хвост. Это открытие позволило сделать вывод о присутствии в лунной атмосфере небольшого количества ионов натрия и калия.

Американская космическая станция Lunar Prospector Orbiter (Лунный геолог) обнаружила у поверхности Луны следы радиоактивных изотопов радона и полония. Общую массу газовой прослойки Луны ученые оценивают в 25000 кг.

Как влияет разреженная атмосфера

Отсутствие атмосферы делает Луну уязвимой перед жестким космическим излучением, способным уничтожить все формы жизни на ее поверхности.

Также без атмосферы она подвержена большим температурным колебаниям. Освещенная Солнцем сторона спутника разогревается до +127ºС, а на неосвещенной температура составляет 173ºС ниже нуля.

На дне глубоких кратеров Лунных вулканов, куда Солнце никогда не заглядывает, температура опускается почти до абсолютного нуля — минус 247ºС. Таких низких температур пока не было зафиксировано даже на Плутоне.

Не имея атмосферы, Луна беззащитна перед метеоритной угрозой. Бомбардировка ее поверхности микрометеоритами, которые на Земле полностью сгорают, не достигая поверхности, на Луне происходит постоянно.

Что случилось с атмосферой Луны

Причина тонкой газовой оболочки — сравнительно низкая гравитация спутника. Из-за нее большинство молекул газов рассеиваются в космическом пространстве. Но так было не всегда.

По одной из гипотез, около 3,5 млрд лет назад у Луны на протяжении 70 млн лет была собственная атмосфера, плотность которой втрое превышала сегодняшнюю марсианскую. В это время на нашем спутнике был пик активности лунных вулканов, вместе с лавой выбрасывалось столько газов, что их хватало не только для замещения улетевших в космос молекул, но и для увеличения их количества.

Поднятая лунная пыль служила своеобразной прослойкой, не дававшей поверхности перегреваться днем и переохлаждаться ночью.

Причиной, почему эта атмосфера не сохранилась, явилось затухание активной вулканической деятельности: все больше пыли оседало на поверхность и все меньше газов выбрасывалось в окололунное пространство. Когда количества новых молекул газов стало не хватать для возмещения поглощенных космосом, наступила критическая точка, и лунная атмосферная оболочка стала истощаться, пока не исчезла.

Сегодняшняя тонкая газовая оболочка, состоящая в основном из молекул водорода и ионов гелия, аргона и метана, — это совокупность нескольких физических процессов:

радиоактивного распада вещества в недрах Луны;
воздействия на поверхность солнечных лучей и космического излучения;
падения метеоритов.

Во время радиоактивного распада вещества, который непрерывно протекает в недрах Луны, выделяются свободные изотопы газов. Поднимаясь на поверхность, они становятся основой газовой прослойки. Дальше в ее формировании участвует Солнце.

На дневной стороне Луны большинство атомов водорода разгоняются до скорости свыше 2,38 км/с (минимальная скорость, необходимая для преодоления лунного притяжения) и улетают в космическое пространство. На ночной стороне скорость молекул сильно снижается, и они опускаются на поверхность.

Ионы других газов тяжелее водорода (гелий — в 2 раза, неон — в 10, аргон — почти в 20), и развить достаточную скорость, чтобы улететь, не могут. На освещенной Солнцем стороне они находятся над ее поверхностью, на неосвещенной — на ней.

Еще один источник пополнения газовой прослойки — маленькие метеориты, регулярно падающие на поверхность спутника. От их ударов поднимается не только лунная пыль, но и молекулы лежащих на ней газов.

Источник

Чем объясняется отсутствие атмосферы на Луне?

Читайте также: Меркурий это луна венеры

Источник

На ранней Луне могли быть вода, атмосфера и жизнь

Сегодня наша Луна необитаема и абсолютно безжизненна. У неё практически нет атмосферы, отсутствует жидкая вода, нет магнитосферы для защиты поверхности от солнечного ветра и космической радиации. Предположить наличие жизни на Луне даже в далёком прошлом кажется очень смелым. По крайней мере, так оно было всего десять лет назад. Но сейчас такое предположение уже не кажется бессмыслицей. Дискуссионная статья об этом опубликована в научном журнале «Астробиология», в секции «Форум» (doi: 10.1089/ast.2018.1844).

Её авторы — Дирк Шульце-Макух (Dirk Schulze-Makuch) из Центра астрономии и астрофизики Берлинского технического университета и Иан Кроуфорд (Ian A. Crawford), профессор планетологии и астробиологии из департамента естественных и планетарных наук колледжа Биркберк при Университете Лондона. Учёные говорят, что результаты недавних космических миссий, а также анализы образцов лунной породы и почвы показывают, что Луна не настолько безводное тело, как считалось ранее. Помимо вероятного появления льда в полярных кратерах с постоянной тенью, спектроскопические исследования указывают на наличие гидратированных поверхностных материалов на высоких, но не постоянно затенённых широтах. Кроме того, недавние исследования продуктов лунного вулканизма свидетельствуют о том, что лунные недра тоже содержат больше воды, чем предполагали раньше, и что лунная мантия может быть относительно богата водой, как верхняя мантия Земли.

Наличие источников воды означает, что Луна не всегда была мёртвой и сухой, как сегодня. Учёные теоретически определяют два возможных окна для существования жизни на Луне. Она могла существовать сразу после образования
Луны и через несколько сотен миллионов лет после этого момента, после выделения газов в атмосферу из-за лунной вулканической активности.

Согласно научному консенсусу, Луна откололась от Земли 4,5 миллиарда лет назад в результате Гигантского столкновения. Часть вещества земной мантии была выброшена на околоземную орбиту. Из этих обломков собралась прото-Луна. Предыдущие научные исследования показали, что после этого в сформированной Луне сохранилось некоторое количество воды. Наличие сейчас молекул воды в концентрации нескольких сотен частей на миллион в мантийных районах источников лунных базальтов указывает либо на то, что летучие вещества действительно сохранились во время формирования Луны, либо они появились вскоре после этого вследствие воздействия астероидов.

После формирования на орбите Луна существовала в основном в расплавленном виде, с силикатными компонентами в форме лунного океана магмы. Такие океаны магмы известны выделением газа, что ведёт к образованию значительной переходной атмосферы, хотя здесь разные учёные выдвигают разные версии. Но в любом случае кажется, что на последних этапах эволюции лунного океана магмы присутствовало значительное количество воды. Выделение водяного пара в концентрации даже 500 ppm во время фазы лунного океана магмы уже могло привести к образованию поверхностного океана глубиной 1 километр (!), пишут авторы научной работы. Они оговариваются, что стабильная глубина океана возможна только при защите достаточно плотной атмосферой. Плюс потери из-за эрозии. Но этот расчёт показывает приблизительное количество воды, которая могла быть на Луне.

Второе окно для потенциальной водной жизни на Луне — 3,5 млрд лет назад, во время этапа выделения газа в атмосферу и связанного с ней пика лунного атмосферного давления. По расчётам, газы из излияний лавы могли создать атмосферу с давлением около 10 мбар, что выше тройной точки воды и примерно в 1,5 раза больше нынешнего атмосферного давления на Марсе (а с учётом разницы в гравитации лунная атмосфера была втрое массивнее марсианской). Выделение водных паров массой 10 14 кг соответствует формированию сплошного водного слоя глубиной около 3 миллиметров.

Кроме воды, на молодой Луне, по всей видимости, существовало магнитное поле, которое защищало жизненные формы на поверхности от смертельно опасного солнечного ветра и космического излучения.

Таким образом, жизнь на Луне могла зародиться примерно в те же сроки, что и на земле. Самые ранние свидетельства земной жизни — окаменелые цианобактерии возрастом от 3,5 до 3,8 миллиарда лет. Возможно, те же цианобактерии были занесены на спутник с самой Земли.

Источник

Почему у Луны нет и не может быть атмосферы?

Наверное, каждый из нас видел фотографии Земли, сделанные из космоса. Голубая планета с огромными облаками и массой воды, а также размытостью границ шара.

При этом посмотрев на Луну, человек не видит ничего подобного: у нашего спутника нет облаков. Граница поверхности чёткая, все кратеры и вмятины на поверхности хорошо видны даже в телескоп. И всё это из-за того, что на Луне, в отличие от Земли, нет атмосферы.

Но исследования многих астрономов, включая исследователей из Лондонского университета, подтверждают наличие плотной атмосферы 3.4 миллиарда лет назад. Но куда она делась?

Почему же у Луны нет атмосферы?

Ну, во-первых, она есть. Да, она в 10 триллионов раз разреженнее земной, но она всё же есть. И состоит она из благородных газов (гелия, неона и аргона) и водорода. Но почему у нашего спутника нет атмосферы, схожей с земной?

Краткий ответ — испарилась из-за слабой силы притяжения. Но в этом нужно разобраться.

О слабой силе притяжения говорят сотни исследований, проведенных на ее поверхности. Так, знаменитая лунная экспедиция «Апполон-15», подарила нашему миру сотни интереснейших снимков.

Тогда другой вопрос: как способность удерживать атмосферу зависит от силы притяжения?

Необходимо вернуться к Земле и понять, почему на ней атмосфера держится. По сути, воздух представляет собой лишь смесь постоянно движущихся молекул, скорость которых может меняться в зависимости от температуры, давления и других факторов. Средняя скорость таких молекул не превышает 0.5 км в секунду, что кстати, равно скорости полета пули. Но это среднее значение — молекулы способны двигаться как гораздо быстрее, так и гораздо медленнее.

Почему пуля не улетает с Земли? Потому что её скорости недостаточно для преодоления земного притяжения. Минимальная скорость для его преодоления равна 11.2 км/с. И у пули нет такой скорости.

Однако молекулы воздуха способны двигаться с различными скоростями, и хотя абсолютное большинство молекул неспособно преодолеть земное притяжение, всё же есть молекулы, способные улететь с поверхности. На такое способно менее 0.01% всех молекул воздуха. И они улетают — но на их место приходят новые молекулы кислорода и азота.

Теперь вернёмся к Луне и применим такую же логику

Сила притяжения Земли составляет 9.8 м/c^2, а на Луне в 6 раз меньше — лишь 1.62 м/с^2. И чтобы покинуть Луну, любому телу (включая молекулы) требуется скорость в 2.4 км/с. И хотя средняя скорость молекул всё же меньше этого значения, огромное количество молекул способно улететь с поверхности Луны. А затем Солнце нагревает оставшиеся молекулы, они приобретают энергию и также способны улететь с Луны. Именно так наш спутник и лишился атмосферы.

Луна никогда не сможет быть освоена в полной степени

Даже если поставить на Луне генератор кислорода и азота, атмосфера всё равно будет улетучиваться в космос. Поэтому вместо расходования ресурсов впустую легче построить купол, который не позволит газовым смесям рассеиваться по космосу. Сегодня подобных технологий нет, что говорит о нескором освоении лунной поверхности.

При этом не стоит думать, что подобное явление просматривается лишь на лунной поверхности, это вовсе не так. На Марсе, Меркурии и множестве спутников планет-газовых гигантов нет атмосферы по причине их низкой массы. И у нас пока нет ответа, как решить эту проблему.

Понравилась статья? Ставь палец вверх и подписывайся на мой канал. Там ещё множество научных тем: космос, химия, физика, медицина, технологии,изобретения и многое другое! Объясняю сложные вещи просто и понятно 🙂

Источник