Содержание
Луна в земной атмосфере | Наука и жизнь
Самая внешняя часть атмосферы нашей планеты простирается далеко за пределы лунной орбиты. К такому выводу пришли астрономы, проанализировав результаты наблюдений американо-европейского космического аппарата SOHO, запущенного в 1995 году. Газообразный слой, охватывающий Землю, простирается от неё на расстояние до 630 000 км, что в 50 раз больше диаметра нашей планеты. Как образно выразился ведущий автор исследования аспирант механико-математического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова Игорь Балюкин, «Луна движется сквозь атмосферу нашей планеты». По его словам, это открытие удалось сделать, проанализировав результаты наблюдений, выполненных аппаратом SOHO в январе 1996, 1997 и 1998 годов, и построив численную модель распределения атомов водорода.
Так выглядит геокорона со стороны Луны. Фото: ESA.
Открыть в полном размере
‹
›
Атмосферу Земли можно разбить минимум на пять оболочек.
Нижние и средние слои наполнены преимущественно атомами кислорода и азота, а верхние — более лёгкими газами. Протяжённую экзосферу Земли, состоящую из атомов водорода, называют геокороной. Атомы водорода образуются в результате распада молекул воды и метана в нижних слоях атмосферы и служат источником вторичного солнечного Лайман-альфа излучения, регистрируемого в ультрафиолетовом диапазоне.
Наблюдать за геокороной можно лишь из космоса. Это связано с тем, что Лайман-альфа излучение (длина волны 1215,668 Å) поглощается земной атмосферой и потому не может быть детектировано с поверхности планеты.
Аппарат SOHO, снабжённый Лайман-альфа детектором SWAN, располагается в 1,5 миллиона километров от Земли. Его первоочередная задача — вести наблюдения за межпланетным Лайман-альфа фоном, то есть за излучением от нейтральных атомов водорода, которые проникли в околосолнечное пространство из межзвёздной среды. В таких наблюдениях геокорона лишь мешает. Чтобы эту помеху «убрать», прибор SWAN был также оснащён специальной ячейкой, заполненной водородным газом.
При наблюдениях с включённой ячейкой поглощается именно та часть спектра, которая соответствует излучению от геокороны, поэтому разницу в наблюдениях с ячейкой и без неё можно отнести только к геокороне.
Новое исследование показало, что солнечный свет сжимает атомы водорода в геокороне на дневной стороне Земли, а также создаёт область повышенной плотности на ночной стороне. Более плотная дневная область содержит тем не менее всего 70 атомов водорода на кубический сантиметр на высоте 60 000 километров над поверхностью Земли и около 0,2 атома на расстоянии Луны.
«На Земле мы бы назвали это вакуумом, поэтому этот дополнительный источник водорода недостаточен, чтобы облегчить освоение космоса», — говорит Игорь Балюкин.
Хорошая новость заключается в том, что эти частицы не представляют угрозы для космических путешественников в будущих пилотируемых экспедициях на орбиту Луны. «С геокороной связано также ультрафиолетовое излучение, поскольку атомы водорода рассеивают солнечный свет во всех направлениях, но его влияние на космонавтов на лунной орбите будет незначительным по сравнению с основным источником излучения — Солнцем», — говорит Жан-Лу Берто из Университета Версаль Сен-Кентен, соавтор работы и бывший главный исследователь SWAN.
С другой стороны, геокорона Земли может мешать будущим астрономическим наблюдениям, проводимым в окрестностях Луны с помощью телескопов, работающих в ультрафиолетовой области. Подобные телескопы используют для изучения химического состава звёзд и галактик.
Полученные результаты могут оказаться полезными не только для будущих обсерваторий, которые окажутся в космосе вблизи Земли или на поверхности Луны, но и при изучении экзопланет и поиске среди них возможных «двойников Земли».
В исследовании принимали участие сотрудники Института космических исследований РАН, Университета Версаль Сен-Кентен (Франция), Института проблем механики им. А. Ю. Ишлинского РАН и Финского метеорологического института (Финляндия).
Луна в атмосфере Земли | Space Research Institute
Земная газовая оболочка — геокорона простирается по крайней мере вдвое дальше орбиты Луны. К такому выводу пришли исследователи из ИКИ РАН и их коллеги из научных организаций России, Франции и Финляндии, проанализировав данные прибора SWAN на космическом аппарате SOHO (ЕКА/НАСА).
«Луна пролетает сквозь земную атмосферу», — образно суммирует результат исследования Игорь Балюкин, сотрудник отдела физики планет ИКИ РАН и первый автор статьи, принятой к публикации в Journal of Geophysical Research: Space Physics. И уточняет, что речь идёт о самых дальних областях атмосферы — экзосфере, а ещё точнее — так называемой геокороне, которая состоит из нейтральных атомов водорода. Водородная корона есть у многих планет, она образуется в результате распада молекул воды и метана, и в целом её состояние характеризует темп потери воды планетой.
Наблюдения земной водородной короны — геокороны — из космоса велись как минимум с 1968 года, и они всегда были довольно трудны. Водородная компонента — источник так называемого вторичного Лайман-альфа излучения (это излучение с определённой длиной волны в ультрафиолетовом спектре). Чтобы оценить его масштабы, а значит, и размер геокороны, космический аппарат надо поместить за пределы геокороны.
Но межпланетная среда, наполненная нейтральными атомами водорода проникшими в гелиосферу из межзвездной среды, сама по себе излучает в линии Лайман-альфа, поэтому необходимо разделять эти компоненты. Более того, излучение межзвёздной среды очень сильно зависит от направления наблюдений и времени солнечного цикла.
Исследователи использовали данные прибора SWAN на космическом аппарате SOHO (проект Европейского космического агентства, выведенный в космос в 1995 г.). SOHO работает в точке Лагранжа L1, «зависшей» между Землёй и Солнцем, на расстоянии примерно 1,5 миллиона километров от Земли.
Так космический аппарат SOHO наблюдал геокорону — облако атомарного водорода, окружающее Землю. Красная линия — луч зрения прибора SWAN на борту SOHO. Желтая стрелка указывает направление на Солнце. Изображение (с) ESA
Анализировались данные, полученные в период низкой солнечной активности в январе 1996, 1997 и 1998 годов. Именно в январе каждого года аппарат ориентирован наилучшим образом для наблюдений геокороны.
SWAN регистрирует излучение в линии Лайман-альфа в межпланетной среде. Чтобы поглощать «мешающее» в данном случае излучение геокороны, на световом пути сенсора встроена специальная ячейка, которая заполнена водородным газом. Когда её «включают», то, фактически, излучение геокороны (но не межпланетной среды, излучение которой смещено из-за эффекта Доплера) поглощается. Таким образом, разницу в интенсивности излучения между включенными и выключенными состояниями можно приписать только геокороне.
Проанализировав данные SWAN, исследователи пришли к выводу, что излучение геокороны простирается примерно на 100 радиусов Земли или около 640 тысяч километров, гораздо дальше орбиты Луны (60 радиусов Земли или 380 тысяч км). При этом интенсивность водородного излучения на границах геокороны примерно в четыре раза слабее, чем у Луны. А это, как поясняют исследователи, может быть важно для будущих ультрафиолетовых обсерваторий, которые могут находиться в космосе вблизи Земли или, например, на поверхности Луны.
Им тоже будет «мешать» окружающее излучение геокороны, которое надо учитывать при анализе наблюдений.
Благодаря численной модели удалось восстановить концентрацию атомов водорода в геокороне. Солнечное излучение «поджимает» её с дневной стороны Земли. В этой области увеличивается число частиц в кубическом сантиметре: от 70 атомов на расстоянии 60 тысяч км до всего 0,2 атома на расстоянии орбиты Луны. Интересно, что во время солнечного минимума плотность атомов водорода оказалась выше, чем во время более активного Солнца (по данным других аппаратов).
Как подчёркивают авторы исследования, атомы водорода из геокороны не представляют серьёзной опасности для космонавтов. Но эти результаты могут оказаться очень полезными для изучения экзопланет и поиска среди них возможных «двойников Земли». «Водородная корона может служить признаком того, что в атмосфере планеты, ближе к поверхности, есть водяной пар, как мы наблюдаем это на Земле, Венере и Марсе», — говорит Жан-Лу Берто (Jean-Loup Bertaux), сотрудник лаборатории LATMOS Национального центра космических исследований Франции и руководитель «мегагрантной» лаборатории ИКИ РАН «Планеты земной группы и землеподобные экзопланеты», а также бывший научный руководитель эксперимента SWAN.
Эксперимент SWAN штатно работает и сегодня, но, как уточняет Игорь Балюкин, после 1998 года не пригоден для измерения излучения от геокороны, так как сенсор изменил свою чувствительность к ближнему УФ-излучению. Тем не менее, даже старые данные, как оказалось, скрывают много интересной информации, которую можно получить, используя новые подходы.
Интенсивность излучения атомарного водорода в геокороне — верхней части атмосферы Земли, по данным прибора SWAN на борту космического аппарата SOHO. Голубым обозначена малая интенсивность, красным — высокая. По данным SOHO было установлено, что геокорона простирается гораздо дальше орбиты Луны, которая обозначена на графике пунктирной линией. По вертикали и горизонтали указаны широта и долгота в эклиптических координатах / Изображение ESA/NASA/SOHO/SWAN; I. Baliukin et al (2019)
Древняя атмосфера Луны | Astronomy.com
Почти 70 миллионов лет Луна имела атмосферу, образованную вулканическим газом.
По
Джейк Паркс |
Опубликовано: Friday, October 6, 2017
В концепции этого художника бассейн Имбриума на Луне извергается вулканической активностью 3,5 миллиарда лет назад, высвобождая густые облака газа так быстро, что он сформировал временную лунную атмосферу.
NASA/MSFC
Луна пережила тяжелые времена. Всего через несколько сотен миллионов лет после своего образования он пережил то, что астрономы любят называть периодом поздней тяжелой бомбардировки. В течение этого времени — примерно от 4,1 до 3,8 миллиарда лет назад — Луна (да и вся внутренняя Солнечная система) подвергалась бесконечным артиллерийским ударам межпланетного мусора. На Луне это вызвало серию вулканических извержений, оставивших на ее поверхности адский ландшафт, заполненный потоками лавы, растянувшимися на сотни миль.
В недавнем исследовании, опубликованном в Earth and Planetary Science Letters, , пара исследователей показала, что между 3 и 4 миллиардами лет назад, когда первобытная Луна подверглась этому чрезвычайно бурному периоду вулканической активности, она извергла достаточно газа, чтобы произвести относительно плотная атмосфера, просуществовавшая около 70 миллионов лет.
В концепте этого художника Луна показана в период поздней тяжелой бомбардировки (вверху) и в том виде, в каком она выглядит сегодня (внизу).
Тим Уэзерелл — Австралийский национальный университет
Хотя эта атмосфера была чрезвычайно плотной по лунным меркам, она меркнет по сравнению с земной. В момент наибольшей плотности (около 3,5 миллиардов лет назад) атмосфера Луны оказывала давление около 1 килопаскаля, тогда как на уровне моря на Земле мы испытываем давление около 100 килопаскалей.
Чтобы рассчитать, сколько газа присутствовало в древней лунной атмосфере, научный сотрудник Дебра Х. Нидхэм из Центра космических полетов имени Маршалла НАСА и старший научный сотрудник Дэвид А. Кринг из Лунного и планетарного института (LPI) проанализировали потоки древней лавы. на поверхности Луны под названием maria , а также лунные камни, собранные во время миссий «Аполлон-15» и «Аполлон-17». Изучив породы, исследователи определили, какие типы газов присутствовали, а картографирование потоков застывшей лавы позволило им оценить общий объем образовавшегося газа.
В образцах горных пород Аполлона исследователи обнаружили следы угарного газа, водорода и кислорода (ингредиенты для воды), серы и ряда других летучих газов.
Кроме того, исследователи использовали породы, чтобы рассчитать, когда происходили наиболее интенсивные периоды лунного вулканизма — около 3,8 и 3,5 миллиарда лет назад.
Эта временная последовательность лунной поверхности показывает, как лунные моря базальта — типа темной зернистой вулканической породы — менялись с шагом в 500 миллионов лет. Красные области показывают новые залежи побочного вулканического продукта.
Дебра Нидхэм
«Эта работа резко меняет наш взгляд на Луну: вместо безвоздушного каменистого тела мы видим, что раньше она была окружена атмосферой, более распространенной, чем окружающая Марс сегодня», — сказал Кринг в пресс-релизе.
Хотя подавляющая часть лунной атмосферы вырвалась из-под действия гравитации Луны и уплыла в космос, некоторые газы могли осесть в ледяных затененных кратерах вблизи лунных полюсов. Если это так, эти летучие газы могут быть захвачены ледяными отложениями, образуя резервуары с воздухом и топливом, которые астронавты могут использовать для будущих миссий на Луну и дальше.
И в этом случае, может быть, тяжелые времена Луны того стоили.
Луна | Музей естественной истории
КОСМОС
Джош Дэвис
Луна — один из самых узнаваемых объектов в Солнечной системе. Эта близость к Земле придает ему неизмеримое культурное значение и означает, что он играет ключевую роль в земных приливах.
Узнайте больше об этом маленьком, но могучем небесном теле.
Насколько велика Луна?
Размер Луны чуть больше четверти Земли, окружность 10,917 километров вокруг экватора и радиус (расстояние от ядра Луны до поверхности) всего 1737 километров. По отношению к Земле Луна намного больше, чем можно было бы ожидать, и считается, что это связано с тем, как образовалась Луна.
Насколько холодна Луна?
На Луне почти нет атмосферы, а значит, она не может удерживать тепло или изолировать поверхность.
При ярком солнечном свете температура на Луне достигает 127°C, что намного выше точки кипения. После 13 с половиной дней высоких температур следуют 13 с половиной дней темноты, а когда Солнце садится, температура на дне кратеров может упасть до -173°C.
Есть ли вода на Луне?
Из-за наклона некоторые части поверхности Луны никогда не видят солнечного света, что позволяет водяному льду выжить в некоторых из ее кратеров. Когда индийский лунный аппарат Chandrayaan-1 пролетел над северным полюсом Луны в 2009 году, он обнаружил более 40 кратеров, предположительно содержащих водяной лед. Это подтвердило открытие прошлого года, когда на южном полюсе был обнаружен водяной лед. Кроме того, Луна содержит некоторое количество воды, запертой в ее камнях.
У Луны действительно очень тонкая атмосфера © NASA/JSC
На каком расстоянии от Земли находится Луна?
Луна вращается вокруг Земли на среднем расстоянии 384 400 километров, а это означает, что полет туда на коммерческом самолете без посадок займет более 17 дней.
Его орбита не идеально круглая, но находится на расстоянии от 252 000 до 225 600 километров. Мы склонны думать, что он ближе, чем есть на самом деле, просто потому, что это самый большой небесный объект на небе.
Луна приближается?
Нет. На самом деле Луна постепенно удаляется все дальше — каждый год Луна удаляется примерно на четыре сантиметра. Это связано с тем, что существует небольшое трение между Землей и приливами, замедляющее вращение нашей планеты. Поскольку вращение Земли замедляется, Луна уползает.
Сколько длится день на Луне?
Луне требуется 27 дней, чтобы совершить оборот вокруг Земли, и 27 дней, чтобы совершить один оборот вокруг своей оси. Поскольку Луна вращается вокруг Земли с той же скоростью, с которой она вращается сама, это означает, что одна и та же сторона Луны всегда обращена к Земле. Это известно как синхронное вращение.
Синхронное вращение — вот почему некоторые люди называют сторону, которая никогда не обращена к планете, «темной стороной» Луны. Однако это несколько вводит в заблуждение: ее правильнее называть обратной стороной Луны. Поскольку Луна вращается вокруг Земли, большая часть ее поверхности в какой-то момент залита солнечным светом.
Обратная сторона Луны никогда не обращена к Земле © НАСА
Есть ли на Луне атмосфера?
Долгое время ученые думали, что на Луне нет атмосферы, но недавние исследования подтвердили, что она есть.
Очень тонкая атмосфера, известная как экзосфера, содержит гелий, аргон, неон, аммиак, метан и углекислый газ. Он также содержит натрий и калий, которые обычно не встречаются в виде газов в атмосферах Земли, Венеры или Марса.
Откуда берется эта атмосфера, до сих пор неизвестно. Некоторые теории предполагают, что солнечные ветры и высокоэнергетические частицы удаляют материал с поверхности Луны, в то время как другие предполагают, что это может быть связано с испарением поверхностного материала или даже с ударами метеоритов. Это также может быть сочетание всех этих эффектов.
Почему на Луне так много ударных кратеров?
Тонкая атмосфера оставляет очень мало места для защиты Луны от астероидов. В начале формирования Солнечной системы все планеты и луны были засыпаны камнями.
Тонкая атмосфера на Луне означает, что ударные кратеры остались заметными — поскольку на Луне нет погоды, на небесном теле практически нет эрозии.
Поверхность Луны покрыта мелким лунным реголитом © NASA/JSC
Из чего состоит Луна?
Луну, как и Землю, можно разделить на кору, мантию и ядро. В самом центре Луны находится твердое железное ядро с температурой от 1327°C до 1427°C. Это достаточно горячо, чтобы создать окружающее внешнее ядро из расплавленного жидкого железа, но недостаточно горячо, чтобы нагреть поверхность.
Толщина мантии, покрывающей ядро, составляет примерно 1000 километров. В ранней истории Луны этот слой когда-то был жидкой магмой и источником интенсивной вулканической активности, которая привела к образованию лавовых равнин на ее поверхности. По мере остывания магмы этот процесс прекращался.
Все это заключено в земную кору, состоящую в основном из породы, называемой анортозитом, которая богата кислородом, кремнием, кальцием и алюминием.
Поверхность покрыта лунным реголитом — тонкой смесью пыли, щебня и материала.
В то время как реголит на Земле формируется в результате эрозии и погодных условий, на Луне он образуется в результате ударов метеоритов, когда поверхность разлетается на мелкие кусочки. В некоторых местах этот лунный реголит имеет глубину всего три метра, а в других местах он осел в наносы глубиной около 20 метров.
Как Луна вызывает приливы?
Гравитационное притяжение Луны заставляет воду на ближайшей стороне Земли выпячиваться наружу, что приводит к приливу. Любопытно, что это также заставляет воду на другой стороне Земли выпячиваться наружу.
Это связано с тем, что гравитация Луны не является единственной силой, действующей на воду планеты, поскольку необходимо учитывать и собственную гравитацию Земли. Возникающая в результате приливная сила растягивает и сдавливает Землю, в результате чего вода выпячивается на двух противоположных сторонах планеты.
Вот почему мы переживаем два прилива и два отлива в день.