Ziemska atmosfera na Księżycu. Jak to w ogóle możliwe?

Najnowsze symulacje pokazują, że cząstki wybite z ziemskiej atmosfery przez wiatr słoneczny mogą poruszać się wzdłuż linii ziemskiego pola magnetycznego aż do Księżyca. Z czasem osiadają w regolicie pokrywającym Srebrny Glob. Autorzy badania sugerują, że ten proces trwa od miliardów lat i zostawił w księżycowej glebie wyraźny ślad składu atmosfery Ziemi.

Zespół astronomów z University of Rochester połączył dane uzyskane w trakcie analizy próbek gruntu przywiezionych na Ziemię w ramach misji Apollo z modelami komputerowymi interakcji wiatru słonecznego z atmosferą. Łącząc te dane ze sobą, można odtworzyć historię atmosfery i pola magnetycznego naszej planety.

Próbki przywiezione na Ziemię przez astronautów z misji Apollo zawierają związki lotne, m.in. wodę, dwutlenek węgla, hel, argon i azot. Część z tych pierwiastków pochodzi oczywiście z wiatru słonecznego, jednak ich ilości – zwłaszcza azotu – są zbyt duże, by można było je wytłumaczyć wyłącznie tym źródłem. W 2005 r. badacze z University of Tokyo wskazywali już, że mogą one pochodzić z atmosfery Ziemi, jednak podejrzewali, że dotarły one na Księżyc jeszcze przed powstaniem pola magnetycznego, które w ich mniemaniu miałoby obecnie blokować ucieczkę cząstek w kierunku Księżyca.

Najnowszy model wskazuje, że może być dokładnie odwrotnie. Naukowcy przetestowali dwa scenariusze: "wczesną Ziemię" bez pola magnetycznego i silniejszy wiatr słoneczny oraz "współczesną Ziemię" z silnym polem i słabszym wiatrem słonecznym. Transfer cząstek do regolitu okazał się efektywniejszy w wariancie współczesnym, gdzie linie pola magnetycznego działają jak swoiste autostrady, którymi część cząstek bez problemu dociera w okolice Księżyca.

Wychodzi zatem na to, że w księżycowym regolicie może znajdować się długoterminowy zapis zmian zachodzących w atmosferze Ziemi na przestrzeni miliardów lat. Analiza regolitu może więc dostarczyć wskazówek o ewolucji klimatu, oceanów i życia na naszej planecie. Co więcej, istnieje także aspekt praktyczny całego odkrycia: związki lotne, takie jak woda i azot w gruncie Księżyca, to potencjalne zasoby dla przyszłych misji, które ograniczą konieczność realizacji niezwykle kosztownych dostaw surowców z Ziemi.

Zespół zwraca uwagę, że mechanizmy transferu i ucieczki atmosfery mają szersze znaczenie planetologiczne. Badania te mogą nam także sporo powiedzieć o tym, jak przebiegała utrata atmosfery przez Marsa, który dziś otoczony jest niezwykle rzadką atmosferą i który nie ma globalnego pola magnetycznego.

Według autorów, dalsze badania księżycowego regolitu mogą pomóc precyzyjnie określić tempo powstawania i skład tego długotrwałego depozytu atmosfery Ziemi na Księżycu. Wyniki sugerują, że Księżyc jest nie tylko archiwum historii Ziemi, ale też magazynem zasobów, które mogą wesprzeć stałą obecność ludzi na jego powierzchni.