Zdjęcie w tle: https://www.nasa.gov/image-feature/orion-gazes-at-moon-before-return-to-earth
Co nam wiadomo o atmosferze księżyca?
O istnieniu atmosfery Księżyca dowiedzieliśmy się dopiero w latach 60. i 70. dzięki próbkom sprowadzonym przez astronautów misji Apollo. Jak mówi Nicole Xike Nie naukowczyni, kosmochemiczka i adiunktka z MIT: „Ludzie nawet nie wiedzą, że Księżyc ma atmosferę”. Nic dziwnego, w końcu atmosfera, a raczej egzosfera srebrnego globu jest niezwykle cienka. Jej masa wynosi około 10 ton (dla porównania ziemska waży około 5 biliardów ton) i tak jak zakładali naukowcy, posiada słabe pole grawitacyjne oraz składa się między innymi z helu, argonu, metanu, potasu czy rubidu.
Powstało wiele teorii o tworzeniu się księżycowej atmosfery w procesach rozpadu regolitu, lecz dzięki długoletnim badaniom nad próbkami sprowadzonymi na Ziemię podczas misji Apollo wiemy, że tworzy się ona dzięki wietrzeniu kosmicznym, a dokładniej wiatrowi słonecznemu i uderzaniu mikrometeorytów w księżycową glebę.
Członek misji Apollo 12 z zasobnikiem próbek ziemi księżycowej.
Atmosfera i wiatry słoneczne
Egzosfera Księżyca jest tworzona między innymi poprzez wiatr słoneczny, który generuje tzw. rozpylanie jonowe (ang. ion sputtering).
Naukowcy uważają, że gdy naładowane cząsteczki plazmy pędzące z prędkością ponad 1,6 mln km/h, pochodzące od wiatrów słonecznych, zderzają się z powierzchnią Księżyca, przekazują energię atomom zawartym w glebie, co jednoznacznie prowadzi do wybijania ich w górę i powstawania atmosfery satelity. Jednak zabieg ten przyczynia się do jej tworzenia w jedynie 30%. W takim razie co z pozostałymi 70%?
70% egzosfery, czyli co wiemy o potasie i rubidzie?
Uderzanie w glebę Księżyca mikrometeorytów to jeden z procesów wietrzenia kosmicznego. Za pomocą sprowadzonych próbek naukowcom z MIT oraz z University of Chicago udało się ustalić, że powierzchnia satelity była bez przerwy od 4,5 mld lat atakowana meteorytami.
Z wiekiem owe meteoryty zmieniały swój rozmiar – malały (teraz są to mikrometeoryty mniejsze od ziarenek ryżu). Proces ten nazwano „uderzeniowym odparowaniem”, ponieważ kiedy występuje zderzenie część meteorytów, która utrzymuje się w polu grawitacyjnym naszego satelity, po wylądowaniu paruje, zarazem wybijając z gleby atomy, które unoszą się nad powierzchnią.
Szczególnie przyjrzano się zawartym w regolicie księżyca atomom rubidu i potasu, ponieważ te dwa pierwiastki wykazały największą skłonność do odparowywania w wyniku uderzeń meteorytów i rozpylania jonowego. Posiadają one różne formy, a w każdej z nich lżejsze lub cięższe izotopy. Zespół wziął pył księżycowy i nałożył kwas, aby rozdrobnić potas i rubid. Zostały one następnie przegrzane przez plazmę, a powstały gaz został zbadany. Wywnioskowano, że uderzanie meteorytów opiera się na wybijaniu (parowaniu) lżejszych izotopów potasu i rubidu, gdy te cięższe zostają w regolicie księżyca. „Definitywnie ustaliliśmy, że głównym procesem tworzącym księżycową atmosferę jest »parowanie« powodowane przez uderzenia meteorytów” – twierdzi główna autorka pracy Nicole Nie. Za pomocą tego procesu egzosfera księżyca od miliardów lat jest nieustannie odtwarzana.
Badania nad księżycową atmosferą nadal trwają
Zespoły naukowców rozprawiają się ze sprawdzaniem coraz to kolejnych izotopów. Sama Nicole Nie podkreśla, że „Różne układy izotopowe oferują unikalny wgląd w różne aspekty procesów wietrzenia w przestrzeni kosmicznej, a rozszerzenie naszej analizy o nie zapewni bardziej wszechstronne zrozumienie”. Niewielka ilość sprowadzonych próbek misji Apollo sprzed ponad 50 lat stała się wielkim źródłem dla potrzebnych badań oraz dalszej eksploracji kosmosu.
Korekta – Zofia Lamęcka
