Księżycowy pył może kryć znacznie więcej niż tylko ślady dawnych lądowań. Wygląda na to, iż Ziemia dosłownie karmi Księżyc cząstkami własnej atmosfery.
Na pierwszy rzut oka Księżyc to martwy, zakurzony glob. Jego powierzchnię pokrywa regolit, czyli drobny, sproszkowany materiał skalny, powstały na skutek miliardów lat bombardowania mikrometeorytami i promieniowaniem. Analizy próbek przywiezionych przez misje Apollo pokazały jednak, iż w tym pyle kryje się zaskakująco dużo substancji lotnych, czyli związków, które łatwo przechodzą w stan gazowy. Chodzi m.in. o wodę, dwutlenek węgla, hel, argon i azot.
Jak Ziemia dokarmia Księżyc z pomocą Słońca?
Część ze związków można wytłumaczyć oddziaływaniem wiatru słonecznego, czyli strumienia naładowanych cząstek wypływających wprost z korony Słońca. To on nieustannie ostrzeliwuje powierzchnię Księżyca i wbudowuje w grunt swoje ślady. Problem jednak w tym, iż ilość niektórych pierwiastków, zwłaszcza azotu, jest zbyt duża jak na samą działalność Słońca. Już kilkanaście lat temu zaproponowano więc, iż część tych lotnych składników może pochodzić z ziemskiej atmosfery.
Wtedy wydawało się jednak, iż taki transfer jest możliwy tylko w bardzo wczesnej historii planety, zanim Ziemia wytworzyła globalne pole magnetyczne. Zakładano, iż po włączeniu magnetosfery pole będzie działało jak tarcza, szczelnie blokując ucieczkę cząstek w kosmos. Nowe badania zespołu z Uniwersytetu w Rochester pokazują jednak, iż rzeczywistość jest znacznie bardziej przewrotna.
Pole magnetyczne to nie tylko tarcza, ale i kosmiczny lejek
Badacze połączyli dane z księżycowego regolitu z zaawansowanymi symulacjami komputerowymi. W modelach odtworzono dwa scenariusze: młodą Ziemię bez pola magnetycznego, bombardowaną znacznie silniejszym wiatrem słonecznym, oraz Ziemię współczesną, z mocną magnetosferą i spokojniejszym Słońcem.
Wbrew wcześniejszym przypuszczeniom, efektywniejszy okazał się wariant z polem magnetycznym. Okazało się, iż wiatr słoneczny, zamiast tylko odbijać się od magnetosfery, może wybijać z górnych warstw atmosfery naładowane cząstki, a następnie prowadzić je wzdłuż linii pola magnetycznego. Część tych linii sięga na tyle daleko, iż przecina orbitę Księżyca. W efekcie Ziemia, Słońce i pole magnetyczne tworzą razem rodzaj gigantycznego kosmicznego lejka, który powoli prószy cząstkami atmosfery na powierzchnię Srebrnego Globu.
Proces jest niewyobrażalnie powolny w skali życia człowieka, ale najważniejszy w skali miliardów lat. o ile działał przez cały czas istnienia magnetosfery, miał dość czasu, by wzbogacić księżycowy grunt w mierzalne ilości ziemskich lotnych pierwiastków.
Regolit jako kapsuła czasu Ziemi
Jeśli ta interpretacja jest poprawna, to księżycowy regolit staje się czymś więcej, niż tylko lokalnym archiwum geologicznym. Warstwa po warstwie może przechowywać zapis składu atmosfery Ziemi z kolejnych epok. Każda porcja wiatru słonecznego, która wyrwała z górnych warstw atmosfery pojedyncze cząstki i zawiodła je na Księżyc, mogła zachować w pyle chemiczny ślad tamtych czasów.
Dla naukowców to potencjalnie bezcenne źródło informacji o historii klimatu, oceanów i warunków sprzyjających życiu na Ziemi. W przeciwieństwie do naszej planety, Księżyc nie ma tektoniki płyt, intensywnego wietrzenia ani głębokiego recyklingu skorupy. To oznacza, iż subtelne sygnały chemiczne, które na Ziemi dawno zostałyby zatarte, na powierzchni Księżyca mają szansę przetrwać w praktycznie niezmienionej formie.
Zapas wody i azotu zamiast wysyłania wszystkiego z Ziemi
Z perspektywy przyszłych astronautów historia ta ma jednak jeszcze bardziej przyziemny wymiar. Lotne pierwiastki w regolicie to potencjalne zasoby dla księżycowych baz. Woda jest potrzebna do picia, produkcji tlenu i paliwa rakietowego. Azot może z kolei posłużyć jako składnik mieszanek oddechowych lub nawozów w uprawach pod kopułami.
Jeśli ziemska atmosfera rzeczywiście przez miliardy lat karmiła Księżyc, to w jego gruncie może być więcej tych zasobów, niż dotąd zakładano. Nie oznacza to oczywiście wielkich jezior pod powierzchnią, ale raczej to, iż w każdym metrze sześciennym pyłu ukryta jest dodatkowa porcja atomów, które da się wydobyć i wykorzystać. Im bogatszy chemicznie regolit, tym mniejsza będzie konieczność kosztownego dowożenia wszystkiego z Ziemi.
Co Księżyc mówi o Marsie i o potencjalnym zamieszkaniu na innych planetach?
Autorzy pracy zwracają uwagę, iż ich wyniki mają też szersze konsekwencje dla zrozumienia tego, jak pola magnetyczne i wiatry gwiazdowe kształtują atmosfery planet. Mars nie ma dziś pola magnetycznego, ale w przeszłości prawdopodobnie miał je w formie zbliżonej do ziemskiej i dysponował znacznie grubszą atmosferą.
Porównanie takich światów jak Ziemia, Mars oraz ich naturalnych satelitów pozwala lepiej zrozumieć, kiedy pole magnetyczne pomaga utrzymać atmosferę, a kiedy (jak w przypadku transferu na Księżyc) ułatwia jej częściową ucieczkę w przestrzeń kosmiczną. To istotny element układanki dotyczącej tego, jakie planety przez miliardy lat pozostają przyjazne dla życia, a które gwałtownie tracą swoje powietrze i wodę.
*Grafika wprowadzająca wygenerowana przez AI
