У луны есть ионосфера

Сформулирована теория образования ионосферы Луны

Американские учёные показали, что решающую роль в формировании лунной ионосферы могут играть электрически заряженные частицы пыли.

Ионосферой Земли, напомним, называют часть верхней атмосферы, расположенную выше 50 км и ионизованную солнечным излучением и космическими лучами. Степень ионизации становится существенной уже на высоте в 60 километров и неуклонно возрастает с удалением от поверхности. Аналогичный слой можно выделить и в атмосферах других планет — скажем, Венеры и Урана.

Плотность атмосферы Луны настолько мала, что в практических расчётах её часто обнуляют. К удивлению специалистов, это не помешало нашему спутнику обзавестись довольно внушительной ионосферой, параметры которой оценила советская автоматическая станция «Луна-19», стартовавшая в 1971 году. Эксперименты тогда выполнялись по очень простой схеме, построенной на том, что зонд в определённые моменты заходил за диск Луны, и радиоизлучение, которое связывало его с наблюдателями, преодолевало слой плазмы над поверхностью спутника. Плазма вносила измеряемый фазовый сдвиг в радиосигнал, а это давало возможность рассчитать концентрацию электронов в области распространения излучения.

Как показала обработка данных «Луны-19», на высоте в 5–10 км концентрация электронов достигает 500–1 000 см –3 . Пытаясь обосновать этот результат, теоретики выдвинули несколько гипотез, ни одна из которых не была признана убедительной. К примеру, в 1976 году сотрудник Института радиотехники и электроники им. В. А. Котельникова Николай Савич разработал модель, в которой остаточные магнитные поля защищают слой плазмы над поверхностью Луны от разрушающего действия солнечного ветра, а годом позже была опубликована статья американских физиков, предположивших, что ионизации способствует выделение нейтрального аргона поверхностью Луны в области утреннего терминатора (линии, отделяющей освещённую часть небесного тела от неосвещённой).

Сравнительно недавно, в 2006 году, исследователи из Центра космических полётов Годдарда смоделировали ещё один вероятный источник электронов — электрически заряженные частицы пыли, которые могут «забрасываться» на большую высоту электрическим полем у поверхности. Такие частицы рассеивают излучение, что и было обнаружено экипажами «Аполлона-15» и «Аполлона-17» при съёмке солнечной короны перед выходом звезды из-за лунного горизонта. Наблюдая с обратной стороны Луны за восходом и заходом Солнца, астронавты отмечали необычное свечение над поверхностью спутника, вызванное рассеянием света.

Авторы новой работы использовали фотографии, сделанные «Аполлоном-15», для оценки содержания пыли в экзосфере Луны и вычислили концентрацию электронов, которую обеспечили бы фотоэмиссия и вторичная эмиссия с этих частиц. Полученное значение намного превысило результаты расчётов, выполненных в других моделях; следовательно, испускание электронов экзосферной пылью можно назвать важнейшим механизмом образования лунной ионосферы.

Однако даже увеличенная модельная концентрация электронов на порядок уступает величинам, измеренным «Луной-19». Возможно, расхождения объясняются тем, что учёные ошибочно оценивают характеристики пылевых частиц, или тем, что наблюдения «Луны-19» проводились в условиях повышенного содержания пыли. Прояснить этот вопрос должны существующие (ARTEMIS) и будущие (LADEE) зонды, предназначенные для изучения экзосферы спутника.

Источник

У луны есть ионосфера

Разгадана загадка ионосферы Луны

Как может планета без воздуха иметь ионосферу? Так или иначе, у Луны она есть. Исследователи Луны боролись с этой тайной в течение многих лет, и возможно, наконец нашли ответ. Но сначала, что такое ионосфера?

Она есть у каждой твердой планеты с атмосферой. Высоко над поверхностью планеты, где атмосфера встречается с космическим вакуумом, солнечные ультрафиолетовые лучи обстреливают атомы воздуха. Это создает слой ионизированного газа — «ионосфера».

Здесь на Земле, ионосфера оказывает большое влияние на коммуникации и навигацию. Например, ионосфера рассеивает сигналы от спутников GPS, иногда заставляя ваш GPS приемник неправильно отображать ваше местоположение.

Первое убедительное доказательство существования ионосферы вокруг Луны передали в 1970-ых советские аппараты Луна 19 и Луна 22. Находясь на лунной орбите, аппараты ощущали слой заряженного материала, находящегося на нескольких десятках км выше лунной поверхности, и содержащего целых 1000 электронов на кубический сантиметр — в тысячу раз больше, чем могла объяснить какая-либо теория.

В течение 40 лет ионосфера Луны оставалась тайной, пока Тим Стаббс из Центра космических полетов имени Годдарда не высказал вероятное решение загадки. Он полагает, что ответ лежит в лунной пыли.

Стаббс — ученый, который даже не родился, когда ионосфера Луны была обнаружена. Он прочитал отчеты астронавтов Аполлона 15, которые сообщили о наблюдении странного жара по горизонту Луны. Много исследователей полагают, что астронавты видели лунную пыль.

Луна — чрезвычайно пыльное место, и конечно, в вокруг поверхности летает много частиц пыли. Когда эти частицы ловят свет солнца, они создают жар вдоль горизонта.

Стаббс и коллеги поняли, что летающая пыль может ответить на вопрос про ионосферу. Ультрафиолетовые лучи от Солнца поражают частицы и ионизируют их. Согласно их вычислениям, этот процесс и создает наблюдаемую ионосферу.

Ионосфера, сделанная из пыли вместо газа — новинку для астрономии. Никто не знает, как будет вести себя такая ионосфера в разное время дня и ночи, или в различных фазах солнечного цикла, и как это может затронуть будущую радиосвязь и навигацию на Луне.

Источник

Ионосфера Луны состоит из пыли

Ученых давно интересовало, почему у Луны такая плотная ионосфера. Дело в том, что плотность лунной атмосферы в миллиарды раз меньше, чем у земной. Откуда же взялась ионосфера в безвоздушном пространстве? Впрочем, Тим Стаббс из Центра космических полетов НАСА имени Годдарда полагает, что ему удалось разгадать загадку: всему виной лунная пыль!

Предполагается, что Луна возникла примерно 4,5 миллиарда лет назад в результате столкновения Земли с крупным космическим телом размером с планету Марс. Согласно астрофизической гипотезе, этот толчок «выбил» из нашей планеты кусок расплавленной мантии, который позднее сформировался в естественный спутник… Как выяснилось, у Луны имеется слабое магнитное поле, являющееся, видимо, следствием тектонической активности. А вот атмосфера у нее практически отсутствует, поэтому небо над Луной всегда черное, даже в «дневное» время.

Из-за отсутствия атмосферы поверхность Луны подвержена воздействию солнечного ветра, водородные ионы которого внедряются в так называемый реголит — смесь тонкой пыли и скалистых обломков, образующихся в результате падения на спутник метеоритных тел. Под влиянием метеоритной бомбардировки грунт взрыхляется и перемешивается, его частицы как бы «спекаются» и уплотняются. Толщина такого слоя может составлять от нескольких сантиметров до нескольких десятков метров.

Первые доказательства того, что у Луны имеется ионосфера, были получены в 1970-х годах, когда советские орбитальные зонды Луна-19 и Луна-22 обнаружили на расстоянии десятков километров над поверхностью естественного спутника Земли слой заряженных частиц, содержащий до 1000 электронов на один кубический сантиметр. Впоследствии сведения о наличии вокруг Луны плотной ионосферной оболочки подтвердились. Но откуда она взялась, было совершенно непонятно.

Так, у нашей планеты ионосфера представляет собой слой ионизированного газа, который выделяется из частиц воздуха под воздействием солнечных лучей (ультрафиолета). Для земной жизнедеятельности ионосфера играет важную роль. В частности, она отражает радиоволны, влияя на связь и навигацию. Возмущения ионосферы могут приводить к сбоям в работе приборов GPS.

Как видим, для создания ионосферы нужен воздух. У Луны же практически нет атмосферы, по крайней мере, в нашем понимании. Правда, на поверхность спутника просачивается небольшое количество газа, который образуется в результате радиоактивного распада в лунных недрах и воздействия солнечного ветра. Содержание газов у поверхности Луны в «ночное» время не превышает 200 000 частиц на один кубический сантиметр. «Днем» оно увеличивается вдвое за счет дегазации грунта. Такая концентрация соответствует состоянию глубокого вакуума, поэтому днем поверхность Луны накаляется до +120 градусов по Цельсию, а в ночные часы или даже в тени она остывает до -160 градусов по Цельсию. При этом газовая оболочка вокруг Луны настолько тонка, что ее обычно называют не атмосферой, а «экзосферой». И, разумеется, ионосфере тут взяться неоткуда. Но она есть!

На протяжении сорока лет это представляло загадку для астрофизиков. И лишь недавно исследователь Тим Стаббс выдвинул неожиданную гипотезу: лунная ионосфера формируется из пыли! В пользу этого, по мнению Стаббса, может служить тот факт, что астронавты Apollo 15 наблюдали над горизонтом Луны загадочное свечение. Оно могло быть вызвано ионизацией пылевых частиц, которые светятся в лучах восходящего или заходящего солнца. Как полагает ученый, возникающего при этом электрического заряда вполне хватает, чтобы поддерживать ионосферную оболочку. А пыли на Луне, как мы знаем, вполне предостаточно.

Однако для астрофизики ионосфера из ионизированной пыли вместо газа — явление совершенно новое. Пока никто не может предвидеть, как такая пылевая ионосфера будет вести себя в разные периоды лунных суток или в различных фазах солнечного цикла, и какое воздействие она может оказывать на радиосвязь и навигацию, если они будут со временем развиваться на Луне в процессе ее освоения…

Возможно, ответы на эти вопросы будут получены при помощи находящегося сейчас на лунной орбите зонда ARTEMIS, а также аппарата LADEE, который планируется запустить в 2013 году и в задачи которого будет входить именно исследование лунной экзосферы.

Добавьте «Правду.Ру» в свои источники в Яндекс.Новости или News.Google, либо Яндекс.Дзен

Быстрые новости в Telegram-канале Правды.Ру. Не забудьте подписаться, чтоб быть в курсе событий.

Источник

Откуда на Луне взялся гелий?

Спектрометр LAMP, установленный на борту станции Lunar Reconnaissance Orbiter, позволил ученым изучить спектр веществ, которые содержатся в атмосфере Луны. В частности, оказалось, что в ней присутствуют гелий и аргон. Первые измерения спектра были проведены еще в 1972 году в рамках проекта LACE, осуществленного миссией «Аполлона-17».

Тогда, 40 лет назад, аппаратура «Аполлона» определила, что лунного гелия становится больше с приходом ночи. Возможно, это объясняется тем, что чем холоднее атмосфера в «темное» время лунных суток, тем выше концентраця атомов этого газа на низких высотах.

Хотя основной задачей LAMP является отображение лунной поверхности, операторы все же решились на исследование дальнего ультрафиолетового излучения над поверхностью спутника Земли. В ходе более полусотни витков «Апполона» вокруг Луны присутствие в лунной атмосфере гелия окончательно подтвердилось, тем более что аппаратуре удалось заглушить помехи межпланетного фона (гелий может находиться также в космическом пространстве).

«Вопрос теперь ставится следующим образом, — комментирует руководитель проекта LAMP Алан Стерн из Юго-Западного исследовательского института (США). — Образуется ли гелий внутри Луны — например, за счет радиоактивного распада в породах — или же происходит из внешних источников вроде солнечного ветра?». Кроме того, исследователям предстоит выяснить, как распределяется гелий по различным широтам.

Еще одна загадка Луны связана с ее ионосферой. Первые доказательства того, что у Луны имеется ионосфера, были получены в 1970-х годах, когда советские орбитальные зонды «Луна-19» и «Луна-22» обнаружили на высоте десятков километров над лунной поверхностью слой заряженных частиц, содержащий до 1 тысячи электронов на один кубический сантиметр. Впоследствии сведения о наличии вокруг Луны плотной ионосферной оболочки подтвердились. Но откуда она взялась, было совершенно непонятно. Ведь плотность у лунной атмосферы в миллиарды раз меньше, чем у земной!

У нашей планеты, к примеру, ионосфера представляет собой слой ионизированного газа, который выделяется из частиц воздуха под воздействием солнечных лучей — ультрафиолета. Для земной жизнедеятельности ионосфера весьма важна. В частности, она отражает радиоволны, влияя на связь и навигацию. Возмущения ионосферы могут приводить к сбоям в работе приборов GPS.

Как видим, для создания ионосферы нужен воздух. У Луны же практически нет атмосферы, по крайней мере, в нашем понимании. Правда, на поверхность спутника просачивается небольшое количество газа, который образуется в результате радиоактивного распада в лунных недрах и воздействия солнечного ветра. Содержание газов у поверхности Луны в «ночное» время не превышает 200 тысяч частиц на 1 кубический сантиметр.

«Днем» оно увеличивается вдвое за счет дегазации грунта. Такая концентрация соответствует состоянию глубокого вакуума, поэтому днем поверхность Луны накаляется до +120 градусов по Цельсию, а в ночные часы или даже в тени она остывает до -160 градусов. При этом газовая оболочка вокруг Луны настолько тонка, что ее обычно называют не атмосферой, а экзосферой. И, разумеется, ионосфере тут взяться неоткуда. Но она все-таки есть!

На протяжении 40 лет лунная ионосфера кружила головы астрофизикам. И лишь недавно Тим Стаббс из Центра космических полетов НАСА имени Годдарда выдвинул неожиданную гипотезу: она формируется из пыли! В пользу этого, по мнению Стаббса, может служить тот факт, что астронавты «Аполлона-15» наблюдали над горизонтом Луны загадочное свечение. Оно могло быть вызвано ионизацией пылевых частиц, светящихся в лучах восходящего или заходящего солнца. Как полагает ученый, возникающего при этом электрического заряда вполне хватает, чтобы поддерживать ионосферную оболочку. А пыли на Луне, как мы знаем, вполне предостаточно.

Кстати, не так давно группа химиков из Кембриджа во главе с Дереком Фреем разработала устройство, способное добывать кислород из лунного грунта — реголита. Так называют смесь тонкой пыли и скалистых обломков, образующихся в результате падения метеоритов.

Дерек Фрей и его коллеги предложили способ на основе электрохимического процесса, предназначенного для получения чистого металла и сплавов из оксидов, которые входят в состав реголита. Этот сплав используется в качестве катода, а роль анода играет углерод.

Если по всей Луне установить такие преобразователи грунта в кислород, то, несмотря на то, что «своей» пригодной для жизни атмосферы у спутника нет, потенциальным колонистам с Земли будет чем дышать, и они смогут проводить здесь достаточно много времени.

Все самое интересное читайте в рубрике «Наука и техника»

Добавьте «Правду.Ру» в свои источники в Яндекс.Новости или News.Google, либо Яндекс.Дзен

Быстрые новости в Telegram-канале Правды.Ру. Не забудьте подписаться, чтоб быть в курсе событий.

Источник