Российские ученые вместе с американскими коллегами выяснили, откуда берется плазменно-пылевое облако, окружающее Луну и простирающееся на несколько сот километров над ней. Сверив теоретические расчеты и экспериментальные данные, ученые сделали вывод, что его с большой долей вероятности составляет вещество, поднявшееся с поверхности Луны в результате падения мини-астероидов — метеороидов. Статья представлена в Journal of Physics: Conference Series.

Межпланетное пространство Солнечной системы заполнено пылевыми частицами, они присутствуют в плазме ионосфер и магнитосфер планет, в окрестностях космических тел, не имеющих собственной атмосферы. Нет пыли только на Солнце и в непосредственной близости от него — из-за высоких температур.

Вокруг Луны в радиусе нескольких сот километров присутствует облако пыли субмикронного размера. Характеристики пыли астрономы проводили с помощью ударного ионизационного датчика пыли LDEX, он позволяет напрямую выявлять пылевые частицы на орбите космического аппарата. Цель эксперимента состояла в том, чтобы определить распределение пылевых частиц по высотам, размерам и концентрациям над различными участками лунной поверхности. Данные, полученные во время эксперимента LADEE, дали толчок для того, чтобы продолжить ранее начатые теоретические исследования. Специалисты смогли сравнить свои расчеты с экспериментальными данными. Оказалось, что они согласуются, в частности, это касается скорости движения частиц и их концентрации.

«Концентрация частиц плазменно-пылевого облака в наших расчетах не противоречит экспериментальным данным. На поверхность Луны обрушивается непрерывный поток метеороидов: микронных, миллиметровых размеров, — объясняет Сергей Попель. — Поэтому с поверхности фактически непрерывно выбрасывается вещество, часть его находится в расплавленном состоянии. Поднимаясь над поверхностью Луны, жидкие капли расплава затвердевают и в результате взаимодействия, в частности, с электронами и ионами солнечного ветра, а также с солнечным излучением приобретают электрические заряды. Некоторые частицы покидают Луну и улетают в космос. А те частицы над лунной поверхностью, которым не хватило скорости, и составляют плазменно-пылевое облако».

Во время экспериментов LADEE астрономы обнаружили, что концентрация пыли скачкообразно возрастает при взаимодействии некоторых ежегодных метеорных потоков с Луной. Особенно этот эффект проявлялся во время высокоскоростного метеорного потока Геминиды. Все это подтверждает связь между процессами формирования пылевого облака и соударениями метеороидов с поверхностью Луны. Теории, в которых говорится, что пылевые частицы поднимаются над поверхностью Луны за счет электростатических процессов, например, так называемая фонтанная модель, не могут объяснить, почему пыль поднимается на большие высоты и, соответственно, почему формируется плазменно-пылевое облако.

Авторы работы добавляют, что потребуются дополнительные исследования, пока что представлена простая модель, которая требует доработки. В частности, необходимо произвести расчеты с учетом рельефа поверхности, из-за чего частицы поднимаются под разным углом. В ближайшее время в России планируется запуск лунных миссий, это Луна-25 и Луна-27, на них установят оборудование, которое будет исследовать пыль у поверхности Луны. Возможно, теоретические расчеты будут дополнены с учетом новых экспериментальных данных.