Місяць упродовж мільярдів років перебував під впливом сонячного вітру. Однак його ближній і дальній боки зазнають бомбардування частинками, що рухаються з різною швидкістю та мають різну енергію.Тепер дослідження на основі зразків з «Чан’е-6» показують, що магнітосфера Землі сформувала цю різницю.
Дві півкулі Місяця, що бомбардуються сонячним вітром
Сонячний вітер — постійний потік високошвидкісних заряджених частинок від Сонця, безпосередньо бомбить поверхню Місяця. Місячний реголіт зберіг запис цього бомбардування, виступаючи природним архівом летких речовин, отриманих від сонячного вітру, включаючи інертні гази (He, Ne, Ar, Kr, Xe). Ці хімічно інертні елементи є надійними маркерами імплантації сонячного вітру і дають цінні підказки про цей процес.
До цього дослідження відсутність зразків з далекого боку Місяця не дозволяла проводити прямі експерименти щодо систематичних відмінностей у впровадженні сонячного вітру між двома півкулями. Однак місія Китаю «Чан’е-6» повернула 1,935 грама (0,07 унції) реголіту з басейну Південний полюс — Ейткен на зворотному боці Місяця, що дає першу можливість безпосередньо порівняти процеси імплантації сонячного вітру на видимій і зворотній сторонах.
На основі місячних зразків дослідницька група під керівництвом Інституту геології та геофізики (IGG) Китайської академії наук (CAS) провела ізотопне дослідження благородних газів у реголіті «Чан’е-6» і визначила концентрації та ізотопний склад інертних газів.
Різниця в ізотопному складі благородних газів з двох боків Місяця
В аналізі дослідники спершу помітили, що ізотопний склад неону в реголіті з «Чан’е-6» дуже відмінний. Середнє співвідношення 20Ne/22Ne становить 11,34 ± 0,22, що значно нижче, ніж у всіх попередньо аналізованих зразках із ближнього боку Місяця, але близьке до теоретичного ізотопного складу, який очікується після сильного фракціонування сонячного вітру. Це означає, що зворотний бік Місяця зазнав сильнішого ізотопного фракціонування, що призвело до відносного збагачення важчого ізотопу.
Поведінка криптону й ксенону під час вивільнення також відрізняється від тієї, що спостерігається у зразках із ближнього боку Місяця. В експериментах із покроковим нагріванням ксенон, захоплений сонячним вітром у реголіті «Чан’е-6», вивільнявся переважно за високих температур, утворюючи єдиний пік. Натомість зразки «Чан’е-5» демонстрували чітку двопікову картину: помітне вивільнення ксенону відбувалося як за низьких, так і за високих температур. Це свідчить про те, що іони сонячного вітру проникали значно глибше в реголіт на дальньому боці Місяця, ніж на ближньому, тобто його поверхня зазнавала впливу частинок із вищою енергією.
Але чому дві півкулі Місяця отримують сонячний вітер із різною енергією?
Магнітосфера Землі уповільнює ближню сторону
Дослідники пояснюють цю різницю своєрідним «ефектом регулятора швидкості», який створює магнітосфера Землі. Обертаючись навколо Землі, Місяць періодично проходить через магнітосферну оболонку — буферну зону навколо магнітосфери, де швидкість сонячного вітру знижується з типових 400 км/с до приблизно 200 км/с.
Цей уповільнений сонячний вітер переважно досягає ближнього до Землі боку Місяця, тому його частинки проникають у реголіт не так глибоко. Натомість дальній бік, постійно обернений від Землі, зазнає впливу незбуреного сонячного вітру, що дає змогу іонам проникати значно глибше в реголіт.
Дослідники припускають, що приблизно 25 % загального впливу сонячного вітру на ділянці посадки «Чан’е-5» були під впливом цього уповільненого сонячного вітру, тоді як на ділянці посадки «Чан’е-6» такого захисного ефекту не було.
Благородні гази зберігають записи взаємодій магнітосфери з сонячним вітром
Надаючи перші прямі емпіричні докази зразків із далекого боку Місяця, це дослідження підтверджує ефект, який визначає швидкість магнітосфери Землі на внесення сонячного вітру у поверхню Місяця, ефект, який назавжди зберігається як у розподілах глибин імплантації, так і в ізотопних сигнатурах благородних газів у реголіті.
Крім того, дослідники зауважили, що важкі інертні гази в місячних ґрунтах можуть виступати як «скам’янілі записи» минулих взаємодій магнітосфери Землі із сонячним вітром, пропонуючи новий підхід для відтворення довгострокової еволюції магнітосфери Землі у поєднанні з палеомагнітними записами.
Також результати показують, що взаємодії в системі Сонце — Земля — Місяць є складнішими, ніж вважалося раніше. За словами дослідників, ці результати відкривають нове вікно у давню динаміку, показуючи, що найближчий до Землі небесний сусід зберігає раніше невідомі записи цих взаємодій.
