Атмосфера Місяця

Атмосфера Місяця — надзвичайно розріджена газова оболонка Місяця, в десять трильйонів разів менш щільна, ніж земна атмосфера. Складається в основному з аргону, гелію, неону, натрію, калію, водню. Практично не впливає на Місяць і ніяк не може сприяти підтримці життя на ньому. Уся атмосфера Місяця є екзосферою^[1]. Тиск цієї малої маси становить приблизно 3×10⁻¹⁵ атм (0,3 нПа), змінюється протягом доби, а загальна маса не перевищує 10 тонн^[2][3].

Тонке, яскраве сяйво місячного горизонту^[en]

Джерелами атмосфери є як внутрішні процеси (виділення газів з кори Місяця та вулканізм), так і зовнішні — падіння мікрометеоритів, сонячний вітер. Через слабку гравітацію, Місяць здатен утримувати виділені атоми лише короткий час: вони швидко втрачаються під впливом сонячного вітру, тиску сонячного випромінювання або випадково набуваючи швидкостей, більших за другу космічну.

Припускають, що на ранніх етапах своєї еволюції Місяць протягом десятків мільйонів років утримував атмосферу, вдвічі щільнішу за сучасну атмосферу Марса.

Іноді взагалі вважають, що сучасний Місяць не має атмосфери, оскільки розріджені гази навколо Місяця не здатні поглинати помітні кількості випромінювання, не мають шаруватої структури та власної циркуляції, а також потребують постійного поповнення через високий рівень втрат у космос.

Історія дослідження

Surveyor 7 спостерігає левітуючий пил — явище, відоме як сяйво місячного горизонту^[en]

Прояви місячної атмосфери в якості сяйва місячного горизонту^[en] під час сходу та заходу Сонця^[4]; ескіз астронавтів «Аполлона-17» зображує сяйво та промені^[5] на тлі зодіакального світла^[6][7]

Руджер Бошкович був першим сучасним астрономом, який висунув аргументи на користь відсутності атмосфери на Місяці у своїй праці "Про місячну атмосферу" (лат. De lunae atmosphaera, 1753).

У рамках проекту Аполлон були проведені дослідження атмосфери Місяця, в результаті яких було виявлено присутність в ній атомів аргону та гелію^[8]; наступні спостереження з Землі показали^[9] наявність іонів натрію та калію.

В 1991 році дослідниками з Бостонського університету був виявлений натрієвий хвіст, який простягався до 15—20 радіусів Місяця в бік, протилежний від Сонця^[10].

У 2013-2014 роках місячну атмосферу досліджував спеціалізований зонд LADEE^[11].

Походження

Огляд процесів, що відбуваються навколо Місяця та на його поверхні внаслідок взаємодії із сонячним вітром.

Одним із джерел місячної атмосфери є вивільнення газів, таких як радон і гелій, у результаті радіоактивного розпаду порід в корі та мантії Місяця. Іншим важливим джерелом є бомбардування поверхні Місяця мікрометеоритами, сонячним вітром та сонячним світлом - процес, відомий як розпилення^[12].

Виділений з поверхні Місяця газовий атом або молекула може повернутись назад у реголіт завдяки гравітації Місяця, або назавжди залишити Місяць по гіперболічній траєкторії (якщо частинка рухається зі швидкістю, що дорівнює або перевищує другу космічну швидкість Місяця — 2,38 км/с), або вилетіти в космос під дією тиску сонячного випромінювання, або, якщо частинка іонізована, її може унести магнітне поле сонячного вітру.

Концентрація частинок біля поверхні Місяця значно змінюється в залежності від часу місячної доби: вночі на 1 см³ припадає 10⁵ частинок, а вдень — 10⁴. Для Землі цей показник складає 2,7× 10^19[13].

Склад

Зображення натрієвої екзосфери Місяця у полі зору 7°.

Спостереження та моделювання натрієвого хвоста Місяця.

Вкрай розріджена атмосфера Місяця складається з кількох незвичних газів, зокрема натрію та калію, які відсутні в атмосфері Землі, Марса чи Венери. На рівні моря на Землі кожен кубічний сантиметр атмосфери містить приблизно 10¹⁹ молекул; для порівняння, у місячній атмосфері в тому самому об’ємі міститься менше ніж 10⁶ молекул. На Землі таку щільність вважають глибоким вакуумом. Густина атмосфери на поверхні Місяця співмірна з густиною найвищих шарів земної атмосфери, де обертається Міжнародна космічна станція^[14].

Елементи натрій і калій були виявлені в атмосфері Місяця за допомогою наземних спектроскопічних методів, тоді як ізотопи радон-222 і полоній-210 були знайдені на основі даних, отриманих «Lunar Prospector» за допомогою альфа-частинкового спектрометра^[15]. Аргон-40, гелій-4, кисень та/або метан (CH₄), азот (N₂) та/або чадний газ (CO), а також вуглекислий газ (CO₂) були зафіксовані детекторами^[en], встановленими астронавтами програми «Аполлон»^[16].

Середні денні концентрації елементів, відомих в атмосфері Місяця (в атомах на кубічний сантиметр), становлять:

• аргон: 20 000–100 000^[17]
• гелій: 5 000–30 000^[17]
• неон: до 20 000^[17][18]
• натрій: 70
• калій: 17
• водень: менше ніж 17

Загалом це становить приблизно 80 000 атомів на кубічний сантиметр — трохи більше, ніж припускають для атмосфери Меркурія^[16]. Хоча ця величина значно перевищує густину сонячного вітру, що зазвичай дорівнює лише кільком протонам на кубічний сантиметр, у порівнянні з атмосферою Землі вона є практично вакуумом.

Місяць також може мати розріджену «атмосферу» з електростатично левітованого пилу. Докладніше див. Місячний ґрунт.

Давня атмосфера

У жовтні 2017 року дослідження зразків місячної магми, привезених місіями «Аполлон», виявили, що Місяць у минулому мав відносно густу атмосферу, яка існувала протягом близько 70 мільйонів років у період між 3 і 4 мільярдами років тому. Ця атмосфера, сформована газами від місячних вулканічних вивержень, була удвічі щільнішою за сучасну атмосферу Марса. Припускають, що така давня атмосфера могла створювати умови для життя, хоча жодних доказів існування життя на Місяці не знайдено^[19]. Зрештою давня атмосфера Місяця була знищена сонячним вітром і розсіялася у космосі^[20].

Див. також

• Атмосфера Меркурія
• Екзосфера