Электростатика и пылевые бури на Луне - 31 Октября 2009

Посмотрите на полную луну. Древние кратеры и замерзшие озера из лавы в глубокой тишине неподвижно застыли под безвоздушным небом. Это спокойный, еле-движимый мир, где даже отпечаток человеческой ступни может сохраниться на миллионы лет. Кажется, здесь ничего никогда не происходит, не правда ли?

Неправда!

Ученые НАСА обнаружили, что что-то происходит каждый месяц, когда Луну захлестывает магнитный хвост Земли.

Как заявляет Тим Стабс ученый из университета Мериленда, работающий в центре космических полетов Годдарда, хвост магнитосферы Луны распространяется далеко за пределы орбиты Луны, и раз в месяц она его пересекает. Последствия этого феномена варьируются от лунных штормов до электростатических разрядок.

Да, у Земли есть магнитный хвост. Это удлинение того же знакомого магнитного поля, которое мы испытывает на себе глядя на обычный туристический компас, чтобы определить направление в любой точке Земного шара.

Вся наша планета заключена в пузырь магнетизма, источник которого лежит в расплавленном динамо (Примеч.перевод.: механизм образования магнитных полей небесных тел) в ядре Земли. В открытом космосе солнечный ветер сталкивается с пузырем и растягивает его, создавая длинный хвост магнитосферы, распространяющийся в подветренную сторону.

Любой может определить, когда луна находится внутри магнитного хвоста. Просто посмотрите: если Луна полная – она находится внутри магнитного хвоста, как утверждает Тим Стабс. Луна входит в зону действия хвоста магнитосферы за 3 дня до своей полной фазы, и ей требуется 6 дней, чтобы его пересечь и выйти с другой стороны.

Именно в течение этих 6ти дней и происходят эти странные вещи.

Легкие частички лунной пыли фактически могут парить в воздухе, когда они заряжаются электронами хвоста магнитосферы Земли. (Тим Стабс/Университет Мэриленда/ Центр космических полетов Годдарда)

Луна пересекает огромную плазменную полосу горячих заряженных частиц, заключенных в магнитном хвосте. Самые легкие и мобильные из этих частиц, электроны, осыпаются на поверхность Луны и заряжают ее отрицательно.

Магнитное поле земли реагирует на солнечный ветер так же, как и ветроуказатель в аэропорту: оно растягивается хвостом в сторону ветра. (НАСА/Концептуальная лаборатория Центра космических полетов Годдарда)

В течение Лунного дня этому в определенной степени препятствует солнечный свет: ультрафиолетовые фотоны отталкивают электроны с поверхности Луны, сдерживая накопление заряда на относительно низком уровне. Однако ночью, в холодной лунной тьме электроны собираются, и электрическое напряжение поверхности может достигнуть сотен или даже тысяч вольт.

Луна проводит каждый месяц около 6 дней в магнитном хвосте или хвосте магнитосферы Земли (НАСА/Стил Хил)

Представьте себе, как ощущает себя носок, который потрескивающим вытащили из сушилки. Космонавты, находящиеся на луне во время ее прохода через магнитный хвост могли бы вам рассказать. Прохаживаясь по пыльной, заряженной до предела лунной поверхности, они бы и сами собирали на себя лишний заряд. Прикосновение к другому космонавту, дверной ручке, чувствительной электронике – любое из этих простых действий могло бы вызвать нежелательную разрядку. По утверждению Тима Стабса, настоятельно рекомендуется хорошее заземление.

Земля тем временем может взлететь в воздух. Существует все больше свидетельств того, что легкие частички лунной пыли фактически могут парить в воздухе, поднятые с поверхности Луны электростатическим отталкиванием. Это могло бы создать временную атмосферу кошмара, когда пыль загрязняет скафандры, затрудняет движение техники, царапает лицевые панели приборов (лунная пыль очень колкая) и в общем усложняет жизнь космонавтам.

Еще страннее, лунная пыль могла бы собираться в своего рода прозрачные ветра. Движимая глобальной разницей в накопленном заряде, парящая пыль естественно передвигалась бы из более отрицательно заряженной ночной стороны к менее отрицательно заряженной дневной. Такие пылевые бури наибольшую силу набирали бы на терминаторе луны, линии, разделяющей день и ночь.

Большинство из этих фактов – просто предположения, предупреждает Тим Стабс. Никто не может с точностью сказать, что происходит на Луне, когда она проходит через магнитный хвост, так как никто еще не был там в это критическое время. Космонавты Апполона никогда не приземлялись на полную Луну и не испытывали на себе действие магнитного хвоста.

Самые лучшие прямые свидетельства поступили с космического аппарата НАСА Лунный Разведчик, который летал вокруг Луны с 1998 по 1999 год и много раз наблюдал за прохождением Луны через магнитный хвост. По словам Джаспера Халекаса из Университета Беркли, который изучал информацию десятилетней давности, во время одного такого прохождения космический аппарат зафиксировал большие изменения в вольтаже ночной стороны Луны, который типично менялся от -200 В до -1000 В.

Важно отметить, заявляет Дж.Халекас, что плазменная полоса (откуда происходят все электроны) обладает очень динамичной структурой. Плазменная полоса постоянно находится в состоянии движения, все время колеблясь то вверх, то вниз. Таким образом, когда Луна проходит сквозь магнитный хвост, плазменная полоса может пронестись вокруг нее много раз в течение одного прохождения, а столкновения могут продолжаться любое время, начиная с минут, заканчивая часами и даже днями.

В результате, вы можете представить насколько динамична обстановка лунной заряженности. Луна может просто висеть где-то там, в тихом участке магнитного хвоста, и вдруг налетает вся эта горячая плазма, поднимая напряжение ночной стороны Луны до киловольта. А потом напряжение опять спадает, причем так же стремительно.

Американские горки заряженности были бы в своей самой ошеломительной стадии во время солнечных и геомагнетических бурь. Это самое динамическое для плазменной полосы время, и, по словам Дж. Халекаса, нам необходимо изучить, что же происходит в это время.

Что тогда происходит? Выяснит это уже новое поколение космонавтов. НАСА вернется к Луне через десятилетия и планирует учредить аванпост для более длительного изучения Луны. Очевидно, что изучать им предстоит также и хвост магнитосферы.

Дополнительная информация

Хвост магнитосферы Земли – не единственный источник плазмы для зарядки Луны. Заряженные частицы может принести и солнечный ветер. На самом деле, в большинстве случаев именно солнечный ветер является основным источником. Но когда луна вступает в магнитный хвост, солнечный ветер отторгается назад, уступая место полосе плазмы. Полоса плазмы примерно в 10 раз горячее солнечного ветра и дает более сильный «удар», когда дело доходит до смены баланса заряда поверхности Луны. Электроны плазменной полосы температурой в 2 миллиона градусов как сумасшедшие носятся вокруг и многие из них ударяют поверхность Луны. Электроны солнечного ветра относительно прохладны, около 140 тысяч градусов, и немногие из них преодолевают весь путь до поверхности теневой стороны Луны.

Тони Филипс
Центр космических полетов Годдарда
Перевод: Татьяна Жарова
Источник: NASA

Дополнительные материалы: