Есть ли на луне атмосфера: Есть ли атмосфера на Луне

Содержание

Кислорода на Луне оказалось достаточно для 8 миллиардов человек

16.11.202117.11.2021

Наша Луна — безжизненная. Ее атмосфера, состоящая из водорода, неона и аргона, настолько тонка, что не идет ни в какое сравнение с земной. Человечество намерено колонизировать наш естественный спутник. Но как выжить в безвоздушном пространстве и где добыть воздух будущим колонистам? Вы будете удивлены, но на Луне действительно много кислорода.

Кислород на Луне есть, но не в газообразной форме. Фото: Unsplash

Жизненно необходимый человечеству кислород на Луне есть, но не в газообразной форме. Он существует внутри реголита — слоя камня и мелкой пыли, покрывающей поверхность спутника. Если бы ученые научились извлекать кислород из реголита, его было бы достаточно для поддержания жизни человека на Луне. Но насколько его хватит?

Как сообщает SciTechDaily, реголит примерно на 45% состоит из кислорода. Но он связан с молекулами пыли, гравия и минералами, покрывающими поверхность спутника. Чтобы разорвать крепкие молекулярные связи, нужна энергия. Очень много энергии. Однако способ получения кислорода из лунной породы относительно несложен.

Ключ в электролизе

Возможно, вы знакомы с электролизом. На Земле этот процесс обычно используется в промышленности, например, для производства алюминия. Электрический ток пропускается через жидкую форму окиси алюминия через электроды, чтобы отделить его от кислорода. В этом случае кислород образуется как побочный продукт. На Луне он будет основным продуктом, а добываемый алюминий (или другие металлы) — потенциально полезным побочным продуктом.

Реголит Луны примерно на 45% состоит из кислорода. Фото: Unsplash

Для получения кислорода из реголита также потребуется серьезное промышленное оборудование. Собранный оксид металла необходимо превратить в жидкую форму теплом, в сочетании с растворителями или электролитами. Затем использовать огромное количество энергии для электролиза. Необходимые для этого технологии есть на Земле, но на Луне строительство таких заводов будет задачей не из легких.

В начале 2021 года бельгийский стартап Space Applications Services объявил о строительстве трех экспериментальных реакторов для получения кислорода путем электролиза. Они планируют отправить эту технологию на Луну до 2025 года в рамках миссии Европейского космического агентства по использованию ресурсов (ISRU).

Сколько кислорода на Луне?

Каждый кубический метр лунного реголита содержит в среднем 1,4 т минералов, в том числе почти 630 кг кислорода. NASA заявляет, что людям для дыхания требуется примерно 800 г кислорода в день. Следовательно, 630 кг хватит для жизни человека примерно на два года.

Реголит покрывает всего 10 метров поверхности Луны. Фото: Unsplash

Предположим, что средняя глубина реголита на Луне составляет около 10 метров, и мы можем извлечь из него весь кислород. Это означает, что порода с поверхности Луны содержит достаточно кислорода, чтобы поддерживать жизнь 8 миллиардов человек на протяжении 100 тысяч лет.

Ранее роверу Perseverance удалось провести подобный эксперимент на Марсе и получить кислород из его атмосферы. Также учеными высказывалось предположение, что в глубинах Марса были условия для жизни.

NASA интересные факты Луна наука

Земная атмосфера простирается почти вдвое дальше Луны

Источник: https://nauka.vesti.ru/

Верхний слой атмосферы Земли (экзосфера) не заканчивается даже на орбите Луны, простираясь почти вдвое дальше. Такой неожиданный вывод сделали астрономы из России, Франции и Финляндии.

Исследование опубликовано в издании Journal of Geophysical Research: Space Physics.

Поясним, как такое возможно. Большинство из нас с детства усваивает два тезиса: во-первых, в космосе вакуум, а во-вторых, вакуум – это когда абсолютно ничего нет. Первое утверждение верно, чего нельзя сказать о втором.

Вакуум – это просто среда с очень низкой концентрацией вещества. Такого, чтобы в сколь угодно большом объёме пространства не было вообще ни одного атома или частицы, не бывает. Солнечная система заполнена солнечным ветром, в ней есть межпланетный газ и пыль. Дальше начинается межзвёздный газ, ещё дальше межгалактический.

Другое дело, что все эти среды невероятно разрежены по сравнению с окружающим нас воздухом, их воздействие на окружающие тела, в том числе и космические аппараты, очень мало.

Формально полёт признаётся космическим, если аппарат пересекает отметку в 100 километров над уровнем моря. С данной точки зрения это и есть граница атмосферы Земли. Однако даже МКС на высоте 400 километров испытывает сопротивление «воздуха» (состоящего там в основном из водорода), так что приходится регулярно поднимать её орбиту.

Облако разреженного водорода, окружающее Землю (фактически верхний слой атмосферы Земли), называется геокороной и простирается далеко в межпланетное пространство. По некоторым измерениям последних лет, его граница достигала Луны. Новые данные отодвинули этот рубеж гораздо дальше.

«Луна движется в атмосфере Земли, – говорит Игорь Балюкин из Института космических исследований РАН, первый автор исследования. – Мы не знали об этом, пока не стряхнули пыль с наблюдений, сделанных более двух десятилетий назад космическим аппаратом SOHO».

Поясним, что SOHO находится между Землёй и Солнцем в полутора миллионах километров от нашей планеты. Его основная задача – изучение светила. Однако в 1996, 1997 и 1998 годах аппарат трижды наблюдал часть геокороны, когда она находилась в поле зрения прибора SWAN, фиксирующего ультрафиолетовое излучение атомов водорода в спектральной линии Лайман-альфа. Это и позволило оценить концентрацию газа.

По этим данным авторы создали математическую модель распределения атомов в геокороне. Оказалось, что она простирается на расстояние 630 тысяч километров, то есть почти ста радиусов Земли. Для сравнения: расстояние до Луны составляет 384 тысячи километров.

При этом форма геокороны асимметрична. Давление солнечного света прижимает газ к дневной стороне планеты, делая облако водорода более компактным и плотным. На ночной стороне оно более разреженное и протяжённое.

Однако концентрация газа даже на «плотной стороне» невысока. На высоте 60 тысяч километров это 70 атомов на кубический сантиметр, а на орбите Луны – один атом на пять кубических сантиметров. Для сравнения: при комнатной температуре вблизи поверхности Земли на кубический сантиметр приходится примерно 1019 (десять миллионов триллионов) атомов воздуха.

Какое значение имеет это открытие для будущих лунных экспедиций?

Для кораблей и космонавтов – почти никакого. В таком газе не полетать на крыльях или аэростатах, дополнительное сопротивление движению корабля тоже будет ничтожным.

А вот в планы установки на Луне ультрафиолетовых телескопов придётся вносить коррективы. Излучение атомов водорода не станет непреодолимым препятствием для наблюдений, но создаст дополнительный фоновый сигнал, и его придётся учитывать.

К слову, ранее «Вести.Наука» (nauka.vesti.ru) писали о том, как астрономы подтвердили существование у Земли спутников из пыли.

Полная луна имеет более плотную наэлектризованную атмосферу

Кажется, что полная луна касается атмосферы Земли, если смотреть с Международной космической станции.

Фотография НАСА, Международная космическая станция

Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.

Луну часто считают безжизненным и неактивным местом. Но новое исследование напоминает нам, что наш бледный небесный страж более динамичен, чем кажется издалека. Свежие измерения его хрупкой атмосферы подтверждают идею о том, что наш лунный спутник окружен электрической оболочкой, и эта оболочка, кажется, накапливает энергию, когда Земля защищает его от ярости солнца во время полнолуния.

По сути, когда вы смотрите на яркую полную луну, сияющую в небе, вы, вероятно, видите лунный шар в самом ярком свете.

Миры с атмосферой, как правило, имеют внешние слои, известные как ионосферы. Материал, который достигает этих необычайных высот, сталкивается с космическим вакуумом, где звездный свет и космические лучи атакуют его, отрывая электроны от атомов и создавая тонкую оболочку из электрически заряженного газа или плазмы. (Узнайте о запасах воды глубоко внутри Луны.)

Несмотря на чрезвычайно низкое гравитационное поле, у Луны невероятно тонкая атмосфера, известная как экзосфера. Он подпитывается крошечными газовыми импульсами на поверхности, вызванными радиоактивным распадом, атомами, выброшенными вверх ударами микрометеоритов и солнечным ветром, и даже лунной пылью, которая потенциально поднимается в воздух под действием электростатических сил.

Еще в 1970-х годах советские зонды «Луна » 19 и 22 облетели Луну и очень осторожно коснулись слоя заряженных частиц высоко над безмолвной местностью. Оказалось, что, как и на Земле, фантастически рассеянная экзосфера Луны взаимодействовала со звездным светом и порождала ионосферу. Оно эфемерно, но оно есть. (Возвращение на Луну может поставить под угрозу исторические артефакты.)

«Мы многого об этом не знаем, и справедливо сказать, что некоторые разногласия все еще существуют», — говорит Джаспер Халекас, ведущий автор нового исследования в Geophysical Research Letters и доцент кафедры экспериментальной космической физики. в Университете Айовы.

Частично проблема заключается в том, что ионосфера Луны настолько слаба, что ее едва можно обнаружить, когда она удушается потоками плазмы Солнца и Земли. Это делает многие из его характеристик скрытыми за сильным туманом, что вызывает множество споров.

Карман в попутном ветре

Надеясь пролить свет на загадку, Халекас и его команда обратились к двум зондам, дрейфующим в темноте. Они относятся к миссии НАСА «Ускорение, воссоединение, турбулентность и электродинамика взаимодействия Луны с Солнцем» или «АРТЕМИС».

Как следует из названия, эти зонды, размещенные на необычных орбитах вблизи Луны, помогают нам понять, как на лунную орбиту влияет Солнце. Инструменты космических кораблей могут, среди прочего, заглянуть в сильно рассеянную экзосферу Луны. (Вот как SpaceX планирует отправить частного туриста на Луну в 2023 году.)

Но чтобы лучше рассмотреть его, команда выждала определенное время: полнолуние.

Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.

1 / 13

Суперлуние обычно определяется как новолуние или полнолуние, совпадающее с лунным орбитом, особенно близко приближающимся к Земле. Это суперлуние было всего в 221 824 милях от нас.

Фотография Кента Коберстина, Коллекция изображений Nat Geo

В этот момент Луна находится позади Земли по отношению к Солнцу и попадает в своего рода карман внутри вытянутого хвоста магнитного поля Земли. Это означает, что Луна и слабая оболочка лунной ионосферы защищены от большей части высокоэнергетического солнечного ветра, который постоянно устремляется в дальний космос.

Во время этого критического окна АРТЕМИС мог отслеживать плазменные волны, исходящие от дневной стороны Луны, подвергаемой бомбардировке солнечным светом, и создавать гораздо более подробную картину ионосферы Луны. Это был первый раз, когда такой невероятно точный метод использовался на Луне, и он показал, что лунная ионосфера примерно в миллион раз более разреженная, чем земная.

Какой бы слабой она ни была, лунная плазма имеет заметно более высокую плотность в этом убежище, чем плотность окружающей ее плазмы. Это говорит о том, что ионосфера Луны становится более заметной, когда она находится под защитой Земли. (Данные японского зонда предполагают, что лунная поверхность также становится более наэлектризованной во время полнолуния.)

Халекас описывает этот относительный ионосферный пик как «небольшой источник плазмы, бурлящей и бурлящей вокруг Луны».

Лунные пути

Важно отметить, что это означает, что лунная плазма может заметно возмущать плазму, поступающую с Земли и Солнца, что приводит к наблюдаемым изменениям электрических токов и распределению электронов по области. Возможно, существует даже плазменная связь между Землей и Луной, и предыдущие исследования предлагают некоторые предварительные доказательства того, что такой обмен частицами существует.

Но путь плазмы Луны-Земли и то, что он может означать для обеих небесных сфер, пока являются весьма спекулятивными представлениями. До тех пор, пока в космос не полетят более совершенные приборы, вопросы останутся.

На данном этапе также трудно сказать, является ли Луна прообразом других каменистых тел в космосе. Астероиды и другие луны в нашей Солнечной системе, как правило, меньше, чем «наша великолепная луна», — говорит Сара Рассел, профессор планетарных наук в Музее естественной истории Великобритании в Лондоне. Это означает, что они сохранят еще более тонкие экзосферы.

Кроме того, тела, находящиеся дальше от Солнца, купаются в меньшем количестве звездного света по сравнению с нашей Луной, а это означает, что их экзосферы не будут ионизироваться так эффективно. Оба фактора предполагают, что если у этих скалистых объектов действительно есть ионосферы, они, вероятно, будут даже слабее, чем наэлектризованная завеса нашего лунного компаньона.

Тем не менее, говорит Халекас, странная лунная ионосфера завораживает и является «причиной не думать о Луне как о большой, мертвой, унылой скале в небе».

Читать дальше

Однажды мы сплотились, чтобы спасти ламантинов. Можем ли мы сделать это снова?

Журнал

Однажды мы собрались, чтобы спасти ламантинов. Можем ли мы сделать это снова?

Десятилетия назад для этих нежных морских млекопитающих во Флориде нависла угроза исчезновения. Люди помогли им восстановиться, но недавние вымирания — тревожный признак.

Почему DACA — и Мечтатели — навсегда в подвешенном состоянии

История и культура

Почему DACA — и Мечтатели — навсегда в подвешенном состоянии

Их привезли в США детьми — и для многие, это единственный дом, который они когда-либо знали. Вот что вам нужно знать о многих препятствиях, с которыми сталкиваются DACA и Dreamers.

Можно ли вылечить приливы? Возможно, мы приближаемся.

Наука

Можно ли вылечить приливы? Возможно, мы приближаемся.

Почти все женщины страдают от приливов во время менопаузы. Исследователи, наконец, выяснили, что их вызывает, и проложили путь к первому новому классу методов лечения с 1941 года. Стена из транспортных контейнеров будет препятствовать проходу десятков видов, включая находящихся под угрозой исчезновения ягуаров. «Эти животные должны иметь возможность двигаться, чтобы выжить».

Эксклюзивный контент для подписчиков

Почему люди так одержимы Марсом?

Как вирусы формируют наш мир

Эпоха собачьих бегов в США подходит к концу будет исследовать красную планету

Почему люди так одержимы Марсом?

Как вирусы формируют наш мир

Эпоха собачьих бегов в США подходит к концу

Узнайте, как люди представляли себе жизнь на Марсе на протяжении истории будет исследовать красную планету

Почему люди так одержимы Марсом?

Как вирусы формируют наш мир

Эпоха собачьих бегов в США подходит к концу

Узнайте, как люди представляли себе жизнь на Марсе на протяжении всей истории

Узнайте, как новый марсоход НАСА будет исследовать красную планету

Подробнее 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, позволяющие эффективно использовать космические ресурсы. 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. Он просто 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 из метеоров).

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. Почва Земли 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.

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, позволяющая сделать это на Земле, но перемещение этого аппарата на Луну и выработка достаточного количества энергии для его работы будет сложной задачей.

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 на самом деле может доставить Луна? Что ж, довольно много, как оказалось.

Если мы проигнорируем кислород, связанный с более глубокими твердыми породами Луны, и просто рассмотрим реголит, который легко доступен на поверхности, мы сможем получить 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).

Теперь давайте предположим, что средняя глубина реголита на Луне составляет около десяти метров, и что мы можем извлечь из него весь кислород. Это означает, что верхние десять метров поверхности Луны будут обеспечивать кислородом все восемь миллиардов человек на Земле в течение примерно 100 000 лет.

Это также будет зависеть от того, насколько эффективно нам удалось извлечь и использовать кислород. Тем не менее, эта цифра довольно удивительна!

Сказав это, у нас здесь, на Земле, все довольно хорошо.