Partikule z atmosféry Země byly vyslány do vesmíru slunečním větrem a během miliard let „padaly“ na Měsíc, kde se mísily s lunárním povrchovým materiálem, podle nového výzkumu. Tato studie osvětlila záhadu, která přetrvává již více než půl století, a to od doby, kdy misí Apollo přinesly vzorky z Měsíce obsahující stopy látek jako voda, oxid uhličitý, helium a dusík zaklíněných v regolitě, prachové vrstvě Měsíce.
První výzkumy teoretizovaly, že Slunce je zdrojem některých z těchto látek. Nicméně v roce 2005 výzkumníci z Tokijské univerzity naznačili, že by mohly mít původ také v atmosféře mladé Země, předtím než se před přibližně 3,7 miliardami let vyvinul její magnetický pól. Autoři studie se domnívali, že jakmile byl magnetický pól vytvořen, zadržel by tento tok a ztížil nebo znemožnil unikání částic do vesmíru.
Nový výzkum nyní zpochybňuje tuto předpoklad tím, že naznačuje, že magnetické pole Země mohlo pomoci, místo aby bránilo, přenosu atmosférických částic k Měsíci, což je proces, který pokračuje dodnes. „To znamená, že Země dodává na lunární půdu prchavé plyny jako kyslík a dusík po celou tuto dobu,“ vysvětlil Eric Blackman, spoluautor studie a profesor na Katedře fyziky a astronomie na Univerzitě v Rochesteru v New Yorku.
„Dlouho se předpokládalo, že Měsíc vznikl původně z nárazu asteroidu na proto-Zemi, což vedlo k počátečnímu mísení těchto prchavých látek ze Země na Měsíc,“ dodal e-mailem. „Naše výsledky ukazují, že tento výměnný proces prchavých látek pokračuje, dokonce i po miliardách let.“
Možnosti pro lunární expanze
Přítomnost užitečných prvků, jako je kyslík a vodík, na povrchu Měsíce by mohla být zajímavá pro jeho dalekosáhlé prozkoumání. „Lunární mise a v konečném důsledku lunární kolonie, které by mohly někdy vzniknout, pravděpodobně budou muset spoléhat na udržitelné zdroje, které nebudou potřebovat transport z Země,“ poznamenal Blackman. „Například se zkoumá, jak zpracovat vodu z lunárního regolitového materiálu a extrahovat vodík a kyslík pro výrobu paliva. Dále jsou prováděny studie o palivech na bázi amoniaku, které by využily dusík přenesený na Měsíc slunečním větrem. Takto se materiál přenesený slunečním větrem dostává do půdy a stává se součástí lokálních zdrojů, které by tyto inovace mohly využít.“
Důležitý chemický záznam
Pro nový výzkum výzkumníci využili počítačové simulace a testovali dva scénáře. Jeden z nich zvažoval silný sluneční vítr – proud vysokoenergetických částic ze Slunce – a absenci magnetického pole kolem Země. Druhý měl slabší sluneční vítr a silné magnetické pole kolem Země. Tyto scénáře odpovídají přibližně starobylému a modernímu stavu naší planety. Moderní scénář Země se ukázal být nejúčinnější při přenášení fragmentů zemské atmosféry na Měsíc.
Následně vědci porovnali své výsledky s daty získanými přímo z analýz lunárního povrchu z předchozích studií. „Použili jsme lunární vzorky, které byly na Zemi přivezny misemi Apollo 14 a 17, k ověření našich výsledků,“ vysvětlil Shubhonkar Paramanick, postgraduální student na Katedře fyziky a astronomie na Univerzitě v Rochesteru, hlavní autor studie publikované v prosinci v časopise Nature Communications Earth & Environment.
„Máme sluneční vítr působící na zemskou atmosféru, a poté vycházející zemskou atmosféru. Snažili jsme se proto zjistit, jaký by byl poměr této směsi, nebo rozlišit, které částice jsou slunečního původu a které původu zemského,“ dodal.
Působení magnetického pole
Magnetické pole Země je generováno elektrickými proudy vznikajícími pohybem taveného železa a niklu v kapalném vnějším jádru planety. To se rozprostírá daleko do vesmíru a vytváří štít, který odklání velkou část slunečního větru, jež by jinak erodovalo atmosféru. Když magnetické pole interaguje se slunečním větrem, vytváří se magnetosféra, struktura podobná kometě se stlačenou přední částí a dlouhým ohonem. Když jsou částice slunečního větru směrovány podél linií magnetosféry blízko pólů, dochází k aurorám borealis, známým také jako severní a jižní světla.
Forma magnetosféry vysvětluje, proč může sluneční vítr urvat některé částice z atmosféry Země a nasměrovat je do vesmíru. Umožňuje také, aby byla na Měsíc přenášena větší část atmosféry Země než v modelu Země bez magnetizace, či primitivní, dle slov Blackmana.
„Magnetické pole není pouze ochranné z dvou důvodů: vyvíjí tlak, který určitým způsobem nafukuje zemskou atmosféru, což poskytuje slunečnímu větru o něco větší přístup k atmosféře,“ uvedl. „A když se Měsíc nachází v úplňku, prochází oblastí označovanou jako ‚magnetický ohon‘, kde magnetické pole otevírá kanál, který umožňuje atmosférickému materiálu, aby následoval přímější cestu k Měsíci.“
Měsíc prochází magnetickým ohonem několik dní každý měsíc a částice se ukládají na jeho povrch, kde zůstávají zaklíněny v půdě, protože Měsíc postrádá atmosféru, která by je blokovala.
Historie interakce a její význam
Pochopení historie této interakce mezi Zemí a Měsícem je důležité, protože poskytuje cenný chemický záznam, nebo informace o dávné atmosféře Země, kterou by mohla ukrývat lunární půda, tvrdí studie. Složení atmosféry, sdělil Blackman, je spojeno s evolucí života v pohybech různých etap historie na Zemi.
Kentaro Terada, profesor izotopové kosmochémií a geočímy na Universitě v Osace v Japonsku, vyslovil radost nad tím, že jeho pozorování byla teoreticky potvrzena. Terada vedl studii z roku 2017, která prokázala, jak sluneční vítr a magnetické pole Země přenášejí kyslík na Měsíc, ale nezúčastnil se nového výzkumu. „Už nějakou dobu je uznáváno, že Země a Měsíc ko-evoluovaly fyzicky od svého vzniku,” uvedl v e-mailu. Objevení lunárních meteoritů a pozorování proudů částic přenesených slunečním větrem od Země odhalují novou perspektivu: „že oba tělesa se navzájem chemicky ovlivňují, jakýsi výměnný proces,“ dodal a poznamenal, že článek je „výrazně vzrušující pro svou komplexní diskusi o historii Země.”
Měsíc obsahuje stopy o historii a evoluci Země a tato nová studie posiluje tuto myšlenku, podle Simeona Barbera, seniorního výzkumníka na Open University ve Spojeném království, který se na práci nepodílel. Studie je také načasována v souladu s nedávným pořízením vzorků mladé lunární půdy misí Chang’e-5 z Číny v roce 2020, stejně jako s prvními vzorky z odvrácené strany Měsíce misí Chang’e-6 v roce 2024, což poskytuje příležitost dále ověřit zjištění.
Kromě toho, jak Barber poznamenal, tato práce pomůže interpretovat výsledky nadcházejících lunárních robotických modulů, které budou schopny přímo měřit přítomné prchavé prvky v lunárním regolitě.
