Kuu, luonnollinen satelliittimme, on aina ollut uteliaisuuden, tutkimuksen ja runouden kohde. Mutta maapallon säkeiden ja valokuvien lisäksi tiede jatkaa mysteeriensä purkamista. Yksi erityisimmistä näkökohdista on sen ilmapiiri, tai pikemminkin se, mitä teknisesti kutsutaan kuun eksosfääri. Toisin kuin Maa, Kuulta puuttuu paksu, hengittävä ilmakehä, ja sillä on erittäin ohut kaasukerros, jota voidaan tuskin pitää sellaisena. Tämä kerros on kuitenkin kiehtova alkuperänsä ja vuorovaikutuksensa vuoksi. Lisäksi tietoa aiheesta Kuun uteliaisuudet Se auttaa myös ymmärtämään paremmin sen kontekstia.
Tässä artikkelissa aiomme sukeltaa tämän eksosfäärin maailmaan: miten se muodostuu, mistä se on tehty, mitkä prosessit ylläpitävät sitä ja jopa mitä erikoisuuksia avaruustehtävät ovat paljastaneet meille. Tarkastellaan kaikkea tieteellisellä tarkkuudella, mutta myös ymmärrettävällä kielellä, jotta kuka tahansa voi ymmärtää, mitä Kuun ympärillä todella tapahtuu.
Onko kuussa tunnelmaa?
Jos ilmakehällä ymmärretään Maan kaltainen tiheä kaasukerros, silloin Kuusta puuttuu ilmapiiri siinä klassisessa mielessä. Sen ympärillä on kuitenkin hyvin ohut kerros atomeja ja molekyylejä, jotka ovat niin kevyitä ja hajallaan, että ne harvoin törmäävät toisiinsa. Tätä kerrosta kutsutaan eksosfääri ja eroaa huomattavasti Maan ilmakehästä, joka on paljon tiheämpi. Vertailu näiden kahden välillä on mielenkiintoinen, kuten on kuvattu Kuu satelliitina.
Yhdessä kuutiosenttimetrissä maapallon ilmakehää on noin 100 miljardia molekyyliä. Kuun ilmakehässä tämä luku laskee noin 100 molekyyliä. Eli se on niin tyhjä, että se on käytännössä tyhjää tilaa, vaikka siinä on teknisesti havaittavissa oleva kaasumainen koostumus.
Tämä johtuu suurelta osin siitä alhainen kuun painovoima. Sen pakonopeus – pienin nopeus, jonka hiukkanen tarvitsee päästäkseen avaruuteen – on vain 2.400 11.200 m/s (verrattuna XNUMX XNUMX m/s maan päällä). Niin heikolla painovoimalla, kaasumaiset hiukkaset pääsevät helposti avaruuteen, joka estää tiheän ja vakaan ilmakehän muodostumisen. Tämän ilmiön dynamiikka voidaan liittää tietoon myrskyaaltoja jotka vaikuttavat myös taivaankappaleisiin.
Vaikka näyttää siltä, että ei ole mitään, tämä erittäin ohut ilmapiiri on kokonaismassaksi arvioitu noin 25.000 XNUMX kg, suunnilleen täyden kuorma-auton kokoinen. Lisäksi se muuttuu jatkuvasti: päivällä auringon lämpö laajentaa sitä pintaa kohti ja yöllä hiukkaset jäähtyvät ja putoavat takaisin alas.
Kuun eksosfäärin alkuperä
Tämän eksosfäärin alkuperästä on kiistelty vuosikymmeniä. Kuitenkin viimeaikainen tutkimus, jonka tutkijat ovat suorittaneet MIT ja Chicagon yliopisto, samaan aikaan kuin NASAn kaltaisten tahojen aikaisemmat ja rinnakkaiset tutkimukset ovat vahvistaneet, että pääsyyllinen on ilmiö, joka tunnetaan ns. iskuhöyrystys. Iskujen ja kuun ilmakehän välinen yhteys on ratkaisevan tärkeä sen evoluution ymmärtämiseksi.
Mitä tämä tarkoittaa? Periaatteessa kuun pinta on jatkuvasti olemassa mikrometeoriittien pommittamana. Ne ovat pieniä kuin pölyrakeita, mutta osuessaan ne synnyttävät lämpötiloja, jotka ulottuvat välillä 2000 ja 6000 ºC. Nämä äärimmäiset lämpötilat Ne höyrysivät maaperän atomeja, jotka vapautuvat ja jäävät kellumaan kuun ympärillä jonkin aikaa.
Toinen prosessi nimeltään ionisuihkutus tai sputterointi myös myötävaikuttaa. Tämä tapahtuu, kun aurinkotuulen varautuneita hiukkasia, pääasiassa protonit, törmäävät kuun pintaan ja repivät irti atomeja, joista tulee sitten osa eksosfääriä. Toisin kuin mikrometeoriitit, aurinkotuuli ei höyrystä yhtä paljon raskasta materiaalia, joten sen osuus on pienempi. Tämä ilmiö liittyy kontekstiin tehtäviä kuuhun.
Tuoreimmat tutkimukset osoittavat, että noin 70 % Kuun eksosfääristä tulee meteoriitin törmäyksistäVaikka 30 % johtuu aurinkotuulesta. Molempia prosesseja on pystytty tutkimaan erittäin yksityiskohtaisesti näytteitä Apollo-ohjelmasta ja alkuaineiden, kuten kaliumin ja rubidiumin, isotooppien käyttö.
Mistä kuun ilmapiiri muodostuu?
Vaikka kuun ilmakehä on pieni verrattuna Maan ilmakehään, Kyllä, siinä on tunnistettu useita kaasuja ja atomeja. Maan päällä olevien spektrometrien, avaruusluotainten ja Apollo-näytteillä tehtyjen kokeiden ansiosta on havaittu seuraavat komponentit. Näiden kaasujen koostumus voi tarjota arvokasta tietoa tapahtumia taivaalla.
- Helium ja argon: Ne ovat yleisimpiä Apollo-ohjelman ja muiden tehtävien havaitsemia elementtejä.
- Natrium ja kalium: tunnistettiin myöhempien maanpäällisten havaintojen ansiosta.
- Happi, typpi, metaani, hiilimonoksidi ja hiilidioksidi: jäämiä, luultavasti iskujen seurauksena.
- Radonin ja poloniumin radioaktiiviset isotoopit: Lunar Prospector -luotaimen löytämä, voisi tulla kuun sisältä.
- Vesimolekyylit jään muodossa: Niiden uskotaan olevan joissakin pysyvästi varjossa olevissa napakraattereissa.
Näiden yhdisteiden läsnäolo osoittaa, että Kuu ei ole täysin kemiallisesti kuollut. Itse asiassa tiedetään, että jopa joitain vesimolekyylejä voisivat selviytyä sen pinnalla, jos ne ovat kylmillä alueilla, jotka ovat suojassa auringolta. Näiden vesimolekyylien tutkimuksella on vaikutuksia ymmärrykseen aurinkokunnan eri kuut.
Avaruustehtävien vaikutus
Apollo-lennoilla oli keskeinen rooli kuun ilmakehän ymmärtämisessä. Ei vain siksi, että he toivat näytteitä kuun maaperästä, vaan siksi instrumentit ja astronautit itse muuttivat läheistä tunnelmaa vapauttamalla kaasuja uloshengityksessään tai ekstravehikulaaristen ulostulojen (EVA:iden) aikana. On arvioitu, että Kuumoduulit ovat saattaneet paikallisesti saastuttaa kuun ilmakehän kaasuilla, jotka vastaavat sen kokonaismassaa, vaikka suurin osa niistä on jo kadonnut.
Lisäksi uudemmat tehtävät, kuten LADEE (kuun ilmakehän ja pölyympäristön tutkija) jatkoi tämän eksosfäärin tutkimista. Vuonna 2013 käynnistetty luotain keräsi arvokasta tietoa vahvistaakseen vaikutusten ja sputteroinnin tärkeyden keskeisinä prosesseina. Se mahdollisti myös tiheyden muutosten havaitsemisen sellaisten ilmiöiden aikana, kuten pimennykset y meteorisuihkut, joka vahvistaa kuun ilmakehän aktiivisen dynamiikan. Tämä dynamiikka on välttämätöntä, jotta voidaan ymmärtää ilmiöitä, kuten Orionidien meteorisuihku.
Jo viime vuosina NASA on käynnistänyt Minotaur 5:n kaltaisia tehtäviä, joiden tarkoituksena on tutkia kuun pölyä ja lähellä olevia kaasuja optisten laserjärjestelmien avulla. Kaiken tämän tarkoituksena on jatkaa piirtää selkeämmän kuvan kuun ympäristöstä, jotain olennaista, jos haluamme koskaan perustaa sinne pysyviä tukikohtia. Näiden tukikohtien suunnittelu liittyy tutkimukseen Marsin kolonisaatio.
Miksi on tärkeää ymmärtää kuun ilmakehä?
Tämän heikon kaasumaisen kerroksen tutkiminen saattaa tuntua merkityksettömältä, mutta se ei ole sitä. Ensinnäkin siksi, että se auttaa meitä ymmärtämään Kuun dynaaminen ja geologinen historia. Tietäen, kuinka mikrometeoriitit ja aurinkotuuli ovat muokanneet sen pintaa, antaa meille vihjeitä muiden ilmakehää sisältämättömien kappaleiden, kuten asteroidien ja Marsin kuuiden, kehityksestä. Tämä analyysi on olennainen myös sellaisten ilmiöiden ymmärtämiselle, kuten kuun alkuperä.
Toiseksi se on avainasemassa tuleviin ihmistehtäviin. Tukikohdan perustaminen Kuuhun edellyttää tarkalleen ymmärtämistä, mitä elementtejä sen ympäristössä on, kuinka ne reagoivat ajan kuluessa ja miten ne voivat häiritä instrumentteja. Se voi tietysti myös auttaa suojelemaan astronauteja auringon ja kosmisen säteilyn suojaavan ilmakehän puuttuessa.
Tämä tutkimus edistää laajempaa tietoa avaruuden sääprosessit sisäisessä aurinkokunnassa. Kuussa opittua voidaan soveltaa muihin kohteisiin, kuten esim Marsin kuu Phobostai jopa lähellä maapalloa olevia asteroideja.
Kuun eksosfääri, vaikkakin erittäin hauras, edustaa luonnollista laboratoriota kosmoksen perusprosessien tutkimiseen. Kaukana siitä, mitä ennen ajateltiin, Kuu ei ole vain kuollut kivi. Se on keho, joka jatkaa vuorovaikutusta tilaympäristönsä kanssa, ja sillä on vielä paljon opetettavaa meille, jos jatkamme huomion kiinnittämistä.
