Содержание
Открытие ученых: на Луне есть атмосфера — наша земная
Комсомольская правда
НаукаНаука: Клуб любознательных
Владимир ЛАГОВСКИЙ
1 марта 2019 15:45
Газовая оболочка Земли, как оказалось, простирается вдвое дальше орбиты нашего естественного спутника
Геокорона (синий цвет) простирается в необозримые дали.
К выводу о том, что атмосфера Земли гораздо обширнее, чем можно было себе представить, пришли ученые из Института космических исследований (ИКИ РАН) и их коллеги из Европейского космического агентства (ESA). О чем сообщили в журнале Journal of Geophysical Research: Space Physics. А ИКИ РАН оповестил об этом в своем пресс-релизе.
— Луна пролетает сквозь земную атмосферу, — уверяет руководитель исследований Игорь Балюкин, сотрудник отдела физики планет ИКИ РАН. Но уточняет, что имеет в виду наиболее отдаленные области газовой оболочки нашей планеты — так называемую геокорону, состоящую из нейтральных атомов водорода.
Размеры атмосферы Земли (голубая пелена) впечатляют.
Луна и в самом деле находится внутри земной атмосферы.
Данные, позволившие определить размер водородной гекороны, нашлись среди тех, которые с 1996 по 1998 год собирал прибор SWAN (Solar Wind Anisotropie), установленный на космическом аппарате SOHO (Solar and Heliospheric Observatory).
Сама обсерватория SOHO находится между Землей и Солнцем в точке равновесия — так называемой точке Лагранжа L1 — примерно в полутора миллионах километров от Земли.
О том, что геокорона существует, более того, светится в ультрафиолетовом диапазоне, было известно и раньше. Потрясающее фото этого свечения — так называемого вторичного Лайман-альфа излучения — впервые сделали астронавты экспедиции «Аполлон-16», высадившиеся на Луну в 1972 году. От туда и снимали. Но как теперь выяснилось: снимали, находясь в самой геокороне.
Анализ данных показал, что свечение, а стало быть, и геокорона простираются, как минимум, на 100 радиусов Земли или примерно на 640 тысяч километров. А это гораздо дальше орбиты Луны, которая находится на расстоянии в 60 земных радиусов или в 380 тысячах километрах.
В среднем, конечно.
Вид на геокорону с поверхности Луны: снимок в ультрафиолетовом диапазоне.
Ученые объясняют: водородную корону образуют распадающиеся молекулы воды и метана. Наблюдая за ней, можно судить о том, быстро или медленно планета теряет воду.
— Водородная корона может служить признаком того, что в атмосфере той или иной планеты, ближе к поверхности, есть водяной пар, как мы наблюдаем это на Земле, Венере и Марсе», — говорит Жан-Лу Берто (Jean-Loup Bertaux), соавтор Балюкина из лаборатории LATMOS Национального центра космических исследований Франции, прежде руководивший экспериментами с прибором SWAN. — Водородные короны просто обязаны быть у потенциальных двойников Земли. Стоит поискать их именно таким способом — высматривать соответствующие свечения.
Возрастная категория сайта 18+
Сетевое издание (сайт) зарегистрировано Роскомнадзором, свидетельство Эл № ФС77-80505 от 15 марта 2021 г.
И.О. ГЛАВНОГО РЕДАКТОРА — НОСОВА ОЛЕСЯ ВЯЧЕСЛАВОВНА.
И.О. шеф-редактора сайта — Канский Виктор Федорович
Сообщения и комментарии читателей сайта размещаются без
предварительного редактирования. Редакция оставляет за собой
право удалить их с сайта или отредактировать, если указанные
сообщения и комментарии являются злоупотреблением свободой
массовой информации или нарушением иных требований закона.
АО «ИД «Комсомольская правда». ИНН: 7714037217 ОГРН: 1027739295781
127015, Москва, Новодмитровская д. 2Б, Тел. +7 (495) 777-02-82.
Исключительные права на материалы, размещённые на интернет-сайте
www.kp.ru, в соответствии с законодательством Российской
Федерации об охране результатов интеллектуальной деятельности
принадлежат АО «Издательский дом «Комсомольская правда», и не
подлежат использованию другими лицами в какой бы то ни было
форме без письменного разрешения правообладателя.
Приобретение авторских прав и связь с редакцией: [email protected]
Луна оказалась погружена в земную атмосферу
Астрономы установили, что самая протяженная газовая оболочка нашей планеты — геокорона — простирается по меньшей мере вдвое дальше орбиты Луны.
К таким выводам пришел международный коллектив ученых из России, Франции и Финляндии, проанализировав данные прибора SWAN на космическом аппарате SOHO. Результаты опубликованы в Journal of Geophysical Research: Space Physics.
Внешнюю часть атмосферы планеты называют экзосферой. В случае Земли она начинается с высоты примерно 500-1000 километров от поверхности в зависимости от солнечной активности. С физической точки зрения плотность в экзосфере настолько мала, что частицы уже не ведут себя как газ, поскольку не испытывают взаимодействия друг с другом. Длина их свободного пробега сравнивается с характерным размером газовой оболочки — высотой однородной атмосферы. Самая внешняя часть экзосферы, называемая также геокороной, состоит из нейтральных атомов водорода, которые образуются в результате распада молекул воды и метана, и в целом характеризует темп потери воды планетой.
Наблюдения земной водородной короны из космоса велись как минимум с 1968 года, но они всегда были довольно трудны.
Водородная компонента — источник так называемого вторичного Лайман-альфа излучения, то есть света с определенной длиной волны в ультрафиолетовом спектре. Чтобы оценить его масштабы, а значит, и размер геокороны, космический аппарат надо поместить за ее пределы. Однако 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 межзвездной среды очень сильно зависит от направления наблюдений и фазы солнечного цикла.
В рамках новой работы исследователи использовали данные прибора SWAN на американо-европейском космическом аппарате SOHO, предназначенном, в первую очередь, для наблюдения за Солнцем, и выведенном в космос в 1995 году. SOHO работает около точки Лагранжа L1 системы Земля-Солнце, то есть постоянно находится у соединяющей планету и звезду линии на расстоянии примерно 1,5 миллионов километров от Земли.
Авторы анализировали 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, заполненная водородом. Ее использование приводит к поглощению излучения геокороны. При этом свет межпланетной среды по-прежнему достигает детекторов, так как его частота смещена из-за эффекта Доплера. Таким образом, разницу в интенсивности излучения между сеансами наблюдения с ячейкой и без нее можно приписать только геокороне.
Обработав данные SWAN, исследователи пришли к выводу, что геокорона простирается примерно на 100 радиусов Земли или около 640 тысяч километров, что гораздо дальше орбиты Луны, которая в среднем находится на расстоянии в 60 радиусов Земли или 380 тысяч километров. При этом интенсивность водородного излучения на границах геокороны примерно в четыре раза слабее, чем у Луны. Исследователи поясняют, что это может быть важно для будущих ультрафиолетовых обсерваторий, которые могут находиться в космосе вблизи Земли или, например, на поверхности Луны.
Им также будет мешать окружающее излучение геокороны, которое надо учитывать при анализе наблюдений.
Благодаря численной модели удалось восстановить концентрацию атомов водорода в геокороне. Солнечное излучение «поджимает» ее с дневной стороны Земли. В этой области увеличивается число частиц в кубическом сантиметре: от 70 атомов на расстоянии 60 тысяч километров 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 подчеркивают авторы исследования, атомы водорода из геокороны не представляют серьезной 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, сотрудник лаборатории LATMOS Национального центра космических исследований Франции.
Эксперимент SWAN штатно работает и сегодня, но, как уточняет первый автор статьи Игорь Балюкин из ИКИ РАН, после 1998 года не пригоден для измерения излучения геокороны, поскольку 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.
Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.
Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес [email protected].
Какие луны имеют атмосферу?
(Фото: НАСА)
Насколько я знаю, у всех планет Солнечной системы есть атмосфера — даже у Меркурия, самой маленькой и одной из самых горячих планет. Более того, планета постоянно подвергается бомбардировке солнечными ветрами, но все же способна сохранять измеримую (хотя и тонкую) атмосферу.
Но как насчет лун?
Всего в нашем небесном окружении находится не менее 171 луны. Из этих спутников десять имеют известные атмосферы. Конечно «атмосфера» становится трудным для определения термином, поскольку некоторые из них чрезвычайно тонкие, а другие — безумно густые. В конечном счете, этот термин применяется к любому измеримому увеличению присутствия атомарных и молекулярных частиц вокруг тела по сравнению с межпланетной средой (по сути, измеримая разница между пространством и областью, окружающей небесный объект) .
Когда есть измеримая разница, но разница чрезвычайно мала, для практических целей эта незначительная атмосфера считается вакуумом; однако для научных целей ничтожно малая атмосфера все равно остается атмосферой, только необычайно разреженной.
Приблизительное представление о том, как может выглядеть атмосфера Тритона. (Источник: ESO/L. Calçada)
Луна (Земля), Ганимед, Европа и Каллисто (Юпитер) , Рея, Диона и Энцелад (Сатурн) и Титания ( Уран) имеют очень тонкую атмосферу.
Большинство из них состоят из какой-либо смеси кислорода, метана, азота, монооксида углерода или монооксида углерода — среди прочего.
В большинстве случаев эти разреженные атмосферы образуются, когда солнечные лучи разрушают молекулы; они также созданы в результате вулканической деятельности. Даже тогда, когда вы луна, удержать атмосферу может быть чрезвычайно сложно. Из-за взаимодействия с родительской планетой, бомбардировки солнечным излучением и слабого гравитационного притяжения эти атмосферы постоянно отрываются.
(Чтобы дать вам представление о том, насколько тонки некоторые из этих атмосфер, скажем, что в атмосфере Луны содержится около 80 000 атомов на кубический сантиметр. Для справки: на уровне моря кубический сантиметр воздуха на Земле содержит около 2 *10E19 молекул и атомов — это 2 с 19 нулями.)
И Тритон (Нептун) , и Ио (Юпитер) имеют более плотную атмосферу, хотя обе атмосферы примерно в 100 000 раз тоньше земной (что соответствует высоте более 100 километров над уровнем моря) .
Обе эти луны имеют достаточно плотную атмосферу, чтобы ощущать погоду, времена года и даже облака. Атмосфера Тритона в основном состоит из азота, тогда как атмосфера Ио в основном состоит из диоксида серы.
Титан (Фото: НАСА)
Наконец, я окажу вам медвежью услугу, если не упомяну Титан (Сатурн) , второй по величине спутник — как по радиусу, так и по массе — в Солнечной системе. Титан считается единственным естественным спутником с полностью развитой атмосферой. Фактически, атмосфера Титана примерно на 50% плотнее земной. Его атмосфера в основном состоит из азота и метана, поэтому я бы не советовал ею дышать. На Титане также есть погода, облачные образования, времена года и, возможно, молния.
Какова мораль этой истории? Даже некоторые спутники в нашей Солнечной системе представляют собой динамичные и интересные миры, а не просто скучные скалы, заслоняющие нам вид на гораздо более холодную планету.
Поделиться этой статьей
Только в верхнем слое Луны содержится достаточно кислорода, чтобы прокормить 8 миллиардов человек в течение 100 000 лет
Наряду с достижениями в освоении космоса, в последнее время мы стали свидетелями того, как много времени и денег было вложено в технологии, которые могли бы обеспечить эффективное использование космических ресурсов.
использование. И в авангарде этих усилий было сосредоточено внимание на поиске наилучшего способа производства кислорода на Луне.
В октябре Австралийское космическое агентство и НАСА подписали соглашение об отправке марсохода австралийского производства на Луну в рамках программы Artemis с целью сбора лунных пород, которые в конечном итоге могли бы обеспечить пригодный для дыхания кислород на Луне.
Хотя у Луны есть атмосфера, она очень тонкая и состоит в основном из водорода, неона и аргона. Это не та газообразная смесь, которая могла бы поддерживать кислородозависимых млекопитающих, таких как люди.
Тем не менее, на Луне на самом деле много кислорода. Только не в газообразном состоянии. Вместо этого он заперт внутри реголита — слоя горных пород и мелкой пыли, покрывающих поверхность Луны. Если бы мы могли извлекать кислород из реголита, было бы этого достаточно для поддержания человеческой жизни на Луне?
Широта кислорода
Кислород можно найти во многих минералах в земле вокруг нас.
И Луна в основном состоит из тех же камней, что и на Земле (хотя и с немного большим количеством материала, полученного от метеоритов).
В ландшафте Луны преобладают такие минералы, как кремний, алюминий, оксиды железа и магния. Все эти минералы содержат кислород, но не в той форме, которую могут получить наши легкие.
На Луне эти минералы существуют в нескольких различных формах, включая твердые породы, пыль, гравий и камни, покрывающие поверхность. Этот материал образовался в результате ударов метеоритов о лунную поверхность на протяжении бесчисленных тысячелетий.
Некоторые люди называют поверхностный слой Луны лунной «почвой», но я как почвовед не решаюсь использовать этот термин. Почва, как мы знаем, довольно волшебная вещь, которая встречается только на Земле. Он был создан огромным количеством организмов, работающих с исходным материалом почвы — реголитом, полученным из твердой породы — на протяжении миллионов лет.
В результате получается матрица минералов, которых не было в исходных породах.
Земная почва наделена замечательными физическими, химическими и биологическими характеристиками. Между тем материалы на поверхности Луны в основном представляют собой реголит в его первоначальном, нетронутом виде.
Входит одно вещество, выходит два
Реголит Луны примерно на 45% состоит из кислорода. Но этот кислород прочно связан с упомянутыми выше минералами. Чтобы разорвать эти прочные связи, нам нужно вложить энергию.
Возможно, вы знакомы с этим, если знаете об электролизе. На Земле этот процесс обычно используется в производстве, например, для производства алюминия. Электрический ток проходит через жидкую форму оксида алюминия (обычно называемую глиноземом) через электроды, чтобы отделить алюминий от кислорода.
В этом случае кислород производится как побочный продукт. На Луне кислород был бы основным продуктом, а извлекаемый алюминий (или другой металл) был бы потенциально полезным побочным продуктом.
Это довольно простой процесс, но есть одна загвоздка: он очень энергоемкий.
Чтобы быть устойчивым, он должен поддерживаться солнечной энергией или другими источниками энергии, доступными на Луне.
В Австралии есть несколько заводов по переработке глинозема (оксида алюминия), в том числе этот, изображенный в Гладстоне, Квинсленд. Алюминий производится в два этапа. Прежде чем чистый алюминий можно будет получить с помощью электролиза (так называемый процесс Холла-Эру), глиноземные заводы должны сначала очистить естественную бокситовую руду для извлечения глинозема (из которого позже извлекается чистый алюминий).
Дэйв Хант/AAP
Извлечение кислорода из реголита также потребует мощного промышленного оборудования. Нам нужно сначала преобразовать твердый оксид металла в жидкую форму либо путем нагревания, либо нагревания в сочетании с растворителями или электролитами. У нас есть технология, чтобы сделать это на Земле, но перемещение этого аппарата на Луну — и выработка достаточного количества энергии для его работы — будет серьезной проблемой.
Ранее в этом году бельгийский стартап Space Applications Services объявил, что строит три экспериментальных реактора для усовершенствования процесса производства кислорода с помощью электролиза. Они рассчитывают отправить технологию на Луну к 2025 году в рамках миссии Европейского космического агентства по использованию ресурсов на месте (ISRU).
Сколько кислорода может дать Луна?
Тем не менее, когда нам удастся это осуществить, сколько кислорода сможет доставить Луна? Что ж, довольно много, как оказалось.
Если мы проигнорируем кислород, связанный с более глубоким твердым веществом Луны, и просто рассмотрим реголит, который легко доступен на поверхности, мы можем сделать некоторые оценки.
Каждый кубический метр лунного реголита содержит в среднем 1,4 тонны минералов, в том числе около 630 килограммов кислорода. НАСА утверждает, что людям необходимо вдыхать около 800 граммов кислорода в день, чтобы выжить. Таким образом, 630 кг кислорода обеспечивают человеку жизнь около двух лет (или чуть больше).