Η Σελήνη, ο φυσικός μας δορυφόρος, ήταν πάντα αντικείμενο περιέργειας, μελέτης και ποίησης. Αλλά πέρα από τους στίχους και τις φωτογραφίες από τη Γη, η επιστήμη συνεχίζει να ξετυλίγει τα μυστήρια της. Μια από τις πιο ιδιαίτερες πτυχές είναι η ατμόσφαιρά του, ή μάλλον, αυτό που είναι τεχνικά γνωστό ως σεληνιακή εξώσφαιρα. Σε αντίθεση με τη Γη, η Σελήνη δεν έχει μια παχιά, αναπνεύσιμη ατμόσφαιρα και αυτό που έχει είναι ένα εξαιρετικά λεπτό στρώμα αερίων που μετά βίας μπορεί να θεωρηθεί ως τέτοιο. Ωστόσο, αυτό το στρώμα είναι συναρπαστικό λόγω της προέλευσής του και της αλληλεπίδρασής του με το διάστημα. Επιπλέον, πληροφορίες για περιέργειες της Σελήνης Βοηθά επίσης στην καλύτερη κατανόηση του πλαισίου του.
Σε αυτό το άρθρο θα βουτήξουμε στον κόσμο αυτής της εξώσφαιρας: πώς σχηματίζεται, από τι αποτελείται, ποιες διαδικασίες το διατηρούν και ακόμη και τι περιέργειες μας αποκάλυψαν οι διαστημικές αποστολές. Ας δούμε τα πάντα, με επιστημονική αυστηρότητα αλλά και σε προσιτή γλώσσα για να καταλάβει ο καθένας τι πραγματικά συμβαίνει γύρω από τη Σελήνη.
Έχει ατμόσφαιρα η Σελήνη;
Αν κατανοήσουμε από την ατμόσφαιρα ένα πυκνό στρώμα αερίων όπως αυτό της Γης, τότε Η Σελήνη στερείται ατμόσφαιρας με αυτή την κλασική έννοια. Ωστόσο, υπάρχει ένα πολύ λεπτό στρώμα ατόμων και μορίων γύρω του, τόσο ελαφρύ και διάσπαρτο που σπάνια συγκρούονται μεταξύ τους. Αυτό το στρώμα ονομάζεται εξωσφαιρα και είναι αισθητά διαφορετική από την ατμόσφαιρα της Γης, η οποία είναι πολύ πιο πυκνή. Η σύγκριση μεταξύ των δύο είναι ενδιαφέρουσα, όπως περιγράφεται αναλυτικά στο η Σελήνη ως δορυφόρος.
Για να μας δώσουμε μια ιδέα, σε ένα κυβικό εκατοστό της ατμόσφαιρας της Γης υπάρχουν περίπου 100 δισεκατομμύρια δισεκατομμύρια μόρια. Στη σεληνιακή ατμόσφαιρα, αυτός ο αριθμός μειώνεται περίπου 100 μόρια. Δηλαδή, είναι τόσο άδειο που είναι πρακτικά κενός χώρος, αν και τεχνικά έχει ανιχνεύσιμη αέρια σύνθεση.
Αυτό οφείλεται σε μεγάλο βαθμό στην χαμηλή σεληνιακή βαρύτητα. Η ταχύτητα διαφυγής του -η ελάχιστη ταχύτητα που χρειάζεται ένα σωματίδιο για να διαφύγει στο διάστημα- είναι μόλις 2.400 m/s (σε σύγκριση με 11.200 m/s στη Γη). Με τόσο ασθενή βαρύτητα, τα αέρια σωματίδια διαφεύγουν εύκολα στο διάστημα, αποτρέποντας το σχηματισμό πυκνής και σταθερής ατμόσφαιρας. Η δυναμική αυτού του φαινομένου μπορεί να σχετίζεται με τις πληροφορίες σχετικά με καταιγίδες που επηρεάζουν και τα ουράνια σώματα.
Παρόλο που φαίνεται ότι δεν υπάρχει τίποτα, αυτή η πολύ λεπτή ατμόσφαιρα έχει συνολική μάζα που υπολογίζεται σε περίπου 25.000 kg, περίπου στο μέγεθος ενός γεμάτου φορτηγού. Επιπλέον, αλλάζει συνεχώς: κατά τη διάρκεια της ημέρας, η θερμότητα του Ήλιου τον επεκτείνει προς την επιφάνεια και τη νύχτα τα σωματίδια κρυώνουν και πέφτουν ξανά κάτω.
Προέλευση της σεληνιακής εξώσφαιρας
Η προέλευση αυτής της εξώσφαιρας έχει συζητηθεί εδώ και δεκαετίες. Ωστόσο, πρόσφατη έρευνα που διεξήχθη από επιστήμονες στο MIT και το Πανεπιστήμιο του Σικάγο, που συμπίπτουν με προηγούμενες και παράλληλες μελέτες οντοτήτων όπως η NASA, επιβεβαίωσαν ότι ο κύριος ένοχος είναι ένα φαινόμενο γνωστό ως κρουστική εξάτμιση. Η σύνδεση μεταξύ των κρούσεων και της σεληνιακής ατμόσφαιρας είναι ζωτικής σημασίας για την κατανόηση της εξέλιξής της.
Τι σημαίνει αυτό; Βασικά, η σεληνιακή επιφάνεια είναι συνεχώς βομβαρδίζεται από μικρομετεωρίτες. Είναι τόσο μικρά όσο οι κόκκοι σκόνης, αλλά όταν προσκρούουν, δημιουργούν θερμοκρασίες που φτάνουν μεταξύ τους 2000 και 6000 ºC. Αυτές οι ακραίες θερμοκρασίες Εξάτμισαν άτομα του εδάφους, τα οποία απελευθερώνονται και παραμένουν να επιπλέουν γύρω από τη Σελήνη για λίγο.
Μια δεύτερη διαδικασία ονομάζεται ψεκασμός ή ψεκασμός ιόντων συμβάλλει επίσης. Αυτό συμβαίνει όταν φορτισμένα σωματίδια του ηλιακού ανέμου, κυρίως πρωτόνια, συγκρούονται με τη σεληνιακή επιφάνεια και σκίζουν τα άτομα, τα οποία στη συνέχεια γίνονται μέρος της εξώσφαιρας. Σε αντίθεση με τους μικρομετεωρίτες, ο ηλιακός άνεμος δεν ατμίζει τόσο πολύ βαρύ υλικό, άρα η συνεισφορά του είναι μικρότερη. Το φαινόμενο αυτό σχετίζεται με το πλαίσιο του αποστολές στη Σελήνη.
Οι πιο πρόσφατες μελέτες δείχνουν ότι περίπου Το 70% της σεληνιακής εξώσφαιρας προέρχεται από κρούσεις μετεωριτώνΕνώ Το 30% οφείλεται στον ηλιακό άνεμο. Και οι δύο διαδικασίες μπόρεσαν να μελετηθούν με μεγάλη λεπτομέρεια χάρη σε δείγματα από το πρόγραμμα Apollo και τη χρήση ισοτόπων στοιχείων όπως το κάλιο και το ρουβίδιο.
Τι συνθέτει τη σεληνιακή ατμόσφαιρα;
Αν και η σεληνιακή ατμόσφαιρα είναι ελάχιστη σε σύγκριση με την ατμόσφαιρα της Γης, Ναι, έχουν εντοπιστεί αρκετά αέρια και άτομα σε αυτό. Χάρη σε επίγεια φασματόμετρα, διαστημικούς ανιχνευτές και πειράματα με δείγματα Apollo, έχουν εντοπιστεί τα ακόλουθα στοιχεία. Η σύνθεση αυτών των αερίων μπορεί να παρέχει πολύτιμες πληροφορίες για γεγονότα στον ουρανό.
- Ήλιο και αργό: Είναι τα πιο άφθονα στοιχεία, που ανιχνεύονται από το πρόγραμμα Apollo και άλλες αποστολές.
- Νάτριο και Κάλιο: εντοπίστηκαν χάρη σε επακόλουθες επίγειες παρατηρήσεις.
- Οξυγόνο, άζωτο, μεθάνιο, μονοξείδιο του άνθρακα και διοξείδιο του άνθρακα: υπάρχει σε ίχνη, πιθανώς ως αποτέλεσμα κρούσεων.
- Ραδιενεργά ισότοπα ραδονίου και πολωνίου: που ανακαλύφθηκε από τον ανιχνευτή Lunar Prospector, θα μπορούσε να προέρχεται από το εσωτερικό της Σελήνης.
- Μόρια νερού σε μορφή πάγου: Πιστεύεται ότι υπάρχουν σε ορισμένους μόνιμα σκιασμένους πολικούς κρατήρες.
Η παρουσία αυτών των ενώσεων δείχνει ότι η Σελήνη δεν είναι εντελώς χημικά νεκρό. Μάλιστα είναι γνωστό ότι ακόμη μερικά μόρια νερού θα μπορούσαν να επιβιώσουν στην επιφάνειά του εάν βρίσκονται σε ψυχρές περιοχές προστατευμένες από τον Ήλιο. Η έρευνα σε αυτά τα μόρια του νερού έχει επιπτώσεις στην κατανόηση διαφορετικά φεγγάρια του Ηλιακού Συστήματος.
Επιρροή διαστημικών αποστολών
Οι αποστολές Απόλλων έπαιξαν θεμελιώδη ρόλο στην κατανόηση της σεληνιακής ατμόσφαιρας. Όχι μόνο γιατί έφεραν δείγματα σεληνιακού εδάφους, αλλά γιατί τα όργανα και οι ίδιοι οι αστροναύτες άλλαξαν την κοντινή ατμόσφαιρα με την απελευθέρωση αερίων κατά τις εκπνοές τους ή κατά τις εξόδους εκτός οχήματος (EVAs). Εκτιμάται ότι Οι σεληνιακές μονάδες θα μπορούσαν να έχουν μολύνει τοπικά τη σεληνιακή ατμόσφαιρα με αέρια ισοδύναμα με τη συνολική του μάζα, αν και τα περισσότερα από αυτά θα έχουν ήδη εξαφανιστεί.
Επιπλέον, πιο πρόσφατες αποστολές όπως π.χ LADEE (Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer) συνέχισε τη μελέτη αυτής της εξώσφαιρας. Ξεκίνησε το 2013, αυτός ο ανιχνευτής συνέλεξε πολύτιμες πληροφορίες για να επιβεβαιώσει τη σημασία των προσκρούσεων και του sputtering ως βασικές διαδικασίες. Επίσης επέτρεπε την παρατήρηση μεταβολών στην πυκνότητα κατά τη διάρκεια φαινομένων όπως π.χ εκλείψεις y βροχές μετεωριτών, επιβεβαιώνοντας την ενεργό δυναμική της σεληνιακής ατμόσφαιρας. Αυτή η δυναμική είναι απαραίτητη για την κατανόηση φαινομένων όπως π.χ Βροχή μετεωριτών Ωριωνιδών.
Ακόμη και τα τελευταία χρόνια, η NASA έχει ξεκινήσει αποστολές όπως ο Μινώταυρος 5, σκοπός των οποίων είναι να μελετήσει τη σεληνιακή σκόνη και τα κοντινά αέρια χρησιμοποιώντας συστήματα οπτικών λέιζερ. Όλα αυτά με στόχο τη συνέχεια σχεδιάζοντας μια σαφέστερη εικόνα του σεληνιακού περιβάλλοντος, κάτι ουσιαστικό αν θέλουμε ποτέ να δημιουργήσουμε μόνιμες βάσεις εκεί. Ο σχεδιασμός αυτών των βάσεων συνδέεται με την έρευνα για αποικισμός του Άρη.
Γιατί είναι σημαντικό να κατανοήσουμε τη σεληνιακή ατμόσφαιρα;
Η μελέτη αυτού του ασθενούς αερίου στρώματος μπορεί να φαίνεται άσχετη, αλλά δεν είναι. Πρώτον, γιατί μας βοηθά να καταλάβουμε τη δυναμική και γεωλογική ιστορία της Σελήνης. Γνωρίζοντας πώς οι μικρομετεωρίτες και ο ηλιακός άνεμος έχουν διαμορφώσει την επιφάνειά του, μας δίνει στοιχεία για την εξέλιξη άλλων σωμάτων χωρίς ατμόσφαιρες, όπως οι αστεροειδείς και τα φεγγάρια του Άρη. Αυτή η ανάλυση είναι επίσης θεμελιώδης για την κατανόηση φαινομένων όπως π.χ προέλευση του φεγγαριού.
Δεύτερον, είναι το κλειδί για μελλοντικές ανθρώπινες αποστολές. Η δημιουργία μιας βάσης στη Σελήνη θα απαιτήσει την κατανόηση ακριβώς ποια στοιχεία βρίσκονται στο περιβάλλον της, πώς αντιδρούν με την πάροδο του χρόνου και πώς μπορεί να παρεμβαίνουν στα όργανα. Μπορεί επίσης, φυσικά, να βοηθήσει στην προστασία των αστροναυτών από το ηλιακή και κοσμική ακτινοβολία ελλείψει προστατευτικής ατμόσφαιρας.
Αυτή η έρευνα συμβάλλει στην ευρύτερη γνώση για διαστημικές καιρικές συνθήκες στο εσωτερικό Ηλιακό Σύστημα. Ό,τι μαθαίνεται στη Σελήνη μπορεί να εφαρμοστεί στην εξερεύνηση άλλων προορισμών όπως π.χ Το φεγγάρι του Άρη Φόβος, ή ακόμα και αστεροειδείς κοντά στη Γη.
Η σεληνιακή εξώσφαιρα, αν και εξαιρετικά αδύναμη, αντιπροσωπεύει ένα φυσικό εργαστήριο για τη μελέτη θεμελιωδών κοσμολογικών διεργασιών. Μακριά από ό,τι πιστεύονταν στο παρελθόν, Η Σελήνη δεν είναι απλώς ένας νεκρός βράχος. Είναι ένα σώμα που συνεχίζει να αλληλεπιδρά με το χωρικό του περιβάλλον και έχει ακόμα πολλά να μας διδάξει αν συνεχίσουμε να δίνουμε προσοχή.
