Μικροσκοπικά σωματίδια της ατμόσφαιρας της Γης παρασύρονται προς τη Σελήνη εδώ και δισεκατομμύρια χρόνια, καθοδηγούμενα από το μαγνητικό πεδίο της Γης. Αντί να μπλοκάρει τα σωματίδια, το μαγνητικό πεδίο μπορεί να τα διοχετεύσει κατά μήκος αόρατων γραμμών που μερικές φορές εκτείνονται μέχρι τη Σελήνη.
Αυτό εξηγεί την παρουσία μυστηριωδών αερίων που βρέθηκαν σε δείγματα των αποστολών «Απόλλων» και υποδηλώνει ότι το σεληνιακό έδαφος μπορεί να κρύβει ένα «μακροχρόνιο αρχείο» της ιστορίας της Γης.
Θα μπορούσε, επίσης, να αποτελέσει πολύτιμο πόρο για τους μελλοντικούς εξερευνητές της Σελήνης.
Αυτά τα νέα ευρήματα υποδηλώνουν ότι το μαγνητικό πεδίο της Γης έχει παίξει έναν απρόσμενο ρόλο στη μεταφορά σωματιδίων από την ατμόσφαιρά μας στη Σελήνη κατά τη διάρκεια τεράστιων χρονικών περιόδων.
Με την πρώτη ματιά, η Σελήνη φαίνεται άψυχη και αδρανής. Όμως η επιφάνειά της, ίσως, διηγείται μια πιο σύνθετη ιστορία.
Για δισεκατομμύρια χρόνια, μικροσκοπικά θραύσματα της ατμόσφαιρας της Γης πιθανότατα έφταναν στη Σελήνη και ενσωματώνονταν στο έδαφός της.
Αυτά τα υλικά μπορεί να περιλαμβάνουν ουσίες που μια μέρα θα μπορούσαν να βοηθήσουν στη στήριξη της ανθρώπινης δραστηριότητας στην επιφάνεια της Σελήνης.
Μέχρι πρόσφατα, ωστόσο, οι επιστήμονες δεν ήταν βέβαιοι πώς αυτά τα σωματίδια μπορούσαν να ταξιδέψουν τόσο τεράστιες αποστάσεις ή πόσο καιρό συνεχιζόταν αυτή η διαδικασία.
Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο του Ρότσεστερ αναφέρουν τώρα ότι το μαγνητικό πεδίο της Γης μπορεί να βοηθά, αντί να εμποδίζει, αυτή τη μεταφορά.
Η διεξαγωγή της μελέτης
Η μελέτη τους, η οποία δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Nature Communications Earth and Environment, δείχνει ότι τα ατμοσφαιρικά σωματίδια που παρασύρονται από τον ηλιακό άνεμο μπορούν να καθοδηγηθούν προς τα έξω κατά μήκος του μαγνητικού πεδίου της Γης. Δεδομένου ότι αυτή η μαγνητική ασπίδα υπάρχει εδώ και δισεκατομμύρια χρόνια, θα μπορούσε να έχει επιτρέψει μια αργή αλλά συνεχή κίνηση υλικού από τη Γη προς τη Σελήνη σε βάθος χρόνου.
«Συνδυάζοντας δεδομένα από σωματίδια που διατηρούνται στο σεληνιακό έδαφος με υπολογιστική μοντελοποίηση του τρόπου αλληλεπίδρασης του ηλιακού ανέμου με την ατμόσφαιρα της Γης, μπορούμε να ανιχνεύσουμε την ιστορία της ατμόσφαιρας της Γης και του μαγνητικού της πεδίου», λέει ο Eric Blackman, καθηγητής στο Τμήμα Φυσικής και Αστρονομίας και διακεκριμένος επιστήμονας στο Εργαστήριο Laser Energetics (LLE) του URochester.
Αυτά τα αποτελέσματα υποδηλώνουν ότι το σεληνιακό έδαφος μπορεί να διατηρεί ένα μακροχρόνιο αρχείο της ατμόσφαιρας της Γης. Επίσης, εγείρουν την πιθανότητα η Σελήνη να περιέχει πόρους που θα μπορούσαν να αποδειχθούν πολύτιμοι για αστροναύτες που θα ζουν και θα εργάζονται εκεί στο μέλλον.
Τι αποκάλυψαν τα δείγματα των αποστολών «Απόλλων»
Οι σεληνιακές πέτρες και το έδαφος που συλλέχθηκαν κατά τη διάρκεια των αποστολών «Απόλλων», τη δεκαετία του 1970, υπήρξαν κομβικής σημασίας για αυτή την έρευνα.
Οι αναλύσεις αυτών των δειγμάτων δείχνουν ότι το επιφανειακό στρώμα της Σελήνης, γνωστό ως ρηγόλιθος, περιέχει πτητικές οργανικές ενώσεις (VOCs) όπως νερό, διοξείδιο του άνθρακα, ήλιο, αργό και άζωτο.
Ορισμένα από αυτά τα υλικά προέρχονται σαφώς από τον ηλιακό άνεμο, τη συνεχή ροή φορτισμένων σωματιδίων που εκπέμπονται από τον ήλιο.
Ωστόσο, οι ποσότητες που βρέθηκαν, ιδιαίτερα του αζώτου, είναι πολύ μεγάλες για να εξηγηθούν αποκλειστικά από τον ηλιακό άνεμο.
Το 2005, επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο του Τόκιο πρότειναν ότι ένα μέρος αυτών των VOCs προήλθε από την ατμόσφαιρα της Γης.
Υποστήριξαν ότι αυτή η μεταφορά θα μπορούσε να έχει συμβεί μόνο νωρίς στην ιστορία της Γης, προτού ο πλανήτης αναπτύξει μαγνητικό πεδίο. Η υπόθεσή τους ήταν ότι μόλις σχηματιζόταν το μαγνητικό πεδίο, θα εμπόδιζε τα ατμοσφαιρικά σωματίδια να διαφύγουν στο διάστημα.
Η ομάδα του Ρότσεστερ κατέληξε σε ένα διαφορετικό συμπέρασμα.
Προσομοιώνοντας το ταξίδι από τη Γη στη Σελήνη
Για να κατανοήσουν καλύτερα πώς τα ατμοσφαιρικά σωματίδια θα μπορούσαν να φτάσουν στη Σελήνη, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν προηγμένες προσομοιώσεις σε υπολογιστή.
Η ομάδα αποτελούνταν από τον Shubhonkar Paramanick, μεταπτυχιακό φοιτητή στο Τμήμα Φυσικής και Αστρονομίας και υπότροφο (Horton Fellow) στο LLE, τον John Tarduno, καθηγητή στην έδρα William R. Kenan, Jr. στο Τμήμα Επιστημών Γης και Περιβάλλοντος, και τον Jonathan Carroll-Nellenback, επιστήμονα υπολογιστών στο Κέντρο Ολοκληρωμένης Ερευνητικής Πληροφορικής (Center for Integrated Research Computing) και επίκουρο καθηγητή στο Τμήμα Φυσικής και Αστρονομίας.
Οι προσομοιώσεις τους δοκίμασαν δύο συνθήκες. Η μία αντιπροσώπευε μια πρώιμη εκδοχή της Γης χωρίς μαγνητικό πεδίο και με ισχυρότερο ηλιακό άνεμο. Η άλλη μοντελοποίησε τη σημερινή Γη, με πλήρες, ισχυρό μαγνητικό πεδίο και ασθενέστερο ηλιακό άνεμο.
Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η μεταφορά σωματιδίων στη Σελήνη ήταν πολύ πιο αποτελεσματική στο σενάριο της σύγχρονης Γης.
Σε αυτή την περίπτωση, ο ηλιακός άνεμος μπορεί να αποσπάσει φορτισμένα σωματίδια από την ανώτερη ατμόσφαιρα της Γης. Στη συνέχεια, αυτά τα σωματίδια ακολουθούν τις δυναμικές γραμμές του μαγνητικού πεδίου της Γης, ορισμένες από τις οποίες εκτείνονται τόσο μακριά στο διάστημα ώστε να τέμνουν την τροχιά της Σελήνης.
Κατά τη διάρκεια δισεκατομμυρίων ετών, αυτή η διαδικασία λειτουργεί σαν ένα χωνί, επιτρέποντας σε μικρές ποσότητες της ατμόσφαιρας της Γης να επικαθίσουν στη σεληνιακή επιφάνεια.
Ένα αρχείο του παρελθόντος της Γης και ένας πόρος για το μέλλον
Επειδή αυτή η ανταλλαγή έχει συμβεί σε τόσο μεγάλες χρονικές κλίμακες, η Σελήνη μπορεί να διατηρεί ένα χημικό αρχείο της ατμοσφαιρικής ιστορίας της Γης.
Η μελέτη του σεληνιακού εδάφους θα μπορούσε να προσφέρει στους επιστήμονες νέες γνώσεις σχετικά με το πώς το κλίμα της Γης, οι ωκεανοί, ακόμα και η ίδια η ζωή εξελίχθηκαν κατά τη διάρκεια δισεκατομμυρίων ετών.
Η σταθερή μεταφορά σωματιδίων υποδηλώνει επίσης ότι η Σελήνη ενδέχεται να περιέχει περισσότερα χρήσιμα υλικά από όσα θεωρούνταν προηγουμένως.
Πτητικές οργανικές ουσίες όπως το νερό και το άζωτο θα μπορούσαν να βοηθήσουν στη διατήρηση της μακροπρόθεσμης ανθρώπινης δραστηριότητας στη Σελήνη, μειώνοντας την ανάγκη αποστολής προμηθειών από τη Γη και καθιστώντας πιο πρακτική την μελλοντική εξερεύνηση.
«Η μελέτη μας μπορεί επίσης να έχει ευρύτερες προεκτάσεις για την κατανόηση της πρώιμης διαφυγής της ατμόσφαιρας σε πλανήτες όπως ο Άρης, ο οποίος στερείται παγκόσμιου μαγνητικού πεδίου σήμερα, αλλά διέθετε ένα παρόμοιο με της Γης στο παρελθόν, μαζί με μια πιθανώς πυκνότερη ατμόσφαιρα», λέει ο Paramanick.
«Εξετάζοντας την πλανητική εξέλιξη παράλληλα με την ατμοσφαιρική διαφυγή σε διαφορετικές εποχές, μπορούμε να αποκτήσουμε γνώση για το πώς αυτές οι διαδικασίες διαμορφώνουν την κατοικησιμότητα των πλανητών».
Η έρευνα υποστηρίχθηκε εν μέρει από χρηματοδότηση της NASA και του Εθνικού Ιδρύματος Επιστημών (National Science Foundation).
