Grunt z niewidocznej strony Księżyca zapisał szybszy wiatr słoneczny niż grunt z widocznej strony osłoniętej przez Ziemię

Do misji Chang'e-6 wszystkie przywiezione próbki księżycowego gruntu pochodziły z widocznej strony. Jedno pytanie pozostawało więc niesprawdzone w laboratorium: czy Ziemia osłania jedną półkulę przed wiatrem słonecznym mocniej niż drugą. Grunt z niewidocznej strony nosi głębiej wszczepiony zapis ekspozycji na cząstki niż gleba przywieziona przez załogi Apollo, wynika z pracy w Nature Geoscience.

Co zapisał grunt z niewidocznej strony

Chang'e-6 przywiozła 1 935 gramów regolitu z basenu Biegun Południowy-Aitken, pierwszych próbek wydobytych z niewidocznej strony Księżyca. Zespół zbadał siedem niewielkich porcji metodą stopniowego wygrzewania i ekstrakcji laserowej z całkowitym stopieniem, mierząc hel, neon, argon, krypton i ksenon.

Materiał pochodzi z krateru Apollo, mniejszej struktury leżącej wewnątrz basenu Biegun Południowy-Aitken, największego i najstarszego znanego basenu uderzeniowego na Księżycu.

Najwyraźniejszą anomalią był neon. Średni stosunek neonu-20 do neonu-22 wyniósł 11,34 przy niepewności 0,22.

To blisko wartości teoretycznej 11,2, oczekiwanej przy silnie frakcjonowanym wietrze słonecznym, podała Chińska Akademia Nauk. Wynik jest też niższy od stosunków podawanych dla wszystkich wcześniej badanych gruntów z widocznej strony. Mówiąc prościej, materiał z niewidocznej strony zawiera większy udział cięższego izotopu, neonu-22.

Krypton i ksenon opowiedziały drugą historię. Ksenon z wiatru słonecznego uwalniał się z gruntu Chang'e-6 głównie w wysokich temperaturach, jednym pikiem, podczas gdy próbki z widocznej strony z misji Chang'e-5 dawały dwa piki. Gaz uwalniany przy mocniejszym wygrzewaniu siedzi zwykle głębiej w ziarnach minerałów, więc zapis z niewidocznej strony wskazuje na głębszą implantację.

Ziemia jako regulator prędkości

Zespół tłumaczy to magnetosferą Ziemi. Krążąc wokół Ziemi, Księżyc okresowo przechodzi przez magnetopowłokę, gdzie wiatr słoneczny zwalnia z typowych 400 km/s do około 200 km/s.

Księżyc jest związany pływowo, więc ta sama półkula zawsze jest zwrócona do Ziemi, a druga nigdy. Badacze przypisują kontrast tej geometrii: widoczna strona zwrócona jest do Ziemi i magnetopowłoki, niewidoczna nie.

Wolniejszy wiatr dociera głównie na widoczną stronę. Niewidoczna, stale odwrócona od Ziemi, spotyka niezakłócony wiatr słoneczny.

Praca podaje liczbę dla efektu po widocznej stronie. Zdaniem badaczy około 25% całkowitej ekspozycji na wiatr słoneczny w miejscu lądowania Chang'e-5 pozostawało pod wpływem magnetopowłoki, a miejsce Chang'e-6 takiej osłony nie miało. Chang'e-5 przywiozła grunt z widocznej strony i widać w nim płytszą implantację, jaką dawałby wolniejszy wiatr.

Wykluczanie innych wyjaśnień

Zanim badacze przyjęli ten wniosek, sprawdzili alternatywy. Średnie stosunki kryptonu do ksenonu były w gruntach Chang'e-5 i Chang'e-6 prawie identyczne, co przemawia przeciw dodatkowemu materiałowi meteorytowemu lub kometarnemu jako źródłu kontrastu. Grunty Chang'e-6 zapisały też stosunkowo niedawną ekspozycję na wiatr słoneczny, więc długoterminowe zmiany aktywności Słońca są mało prawdopodobną przyczyną. Żadne zubożenie gazów szlachetnych nie było dość duże, by dyfuzja, erozja albo selektywne rozpylanie wyjaśniły same z siebie stosunki neonu.

Zapis kopalny dawnej magnetosfery

Gazy szlachetne są chemicznie obojętne. Ich stężenia, stosunki izotopowe i temperatury uwalniania zachowują więc fizyczne szczegóły dotarcia cząstek, a chemia ich nie przepisuje.

Zdaniem badaczy ciężkie gazy mogą działać jak zapis kopalny dawnych oddziaływań magnetosfery Ziemi z wiatrem słonecznym. W połączeniu z zapisem paleomagnetycznym dają sposób odtworzenia starej magnetosfery. Praca konkluduje też, że w grę może wchodzić więcej niż jeden proces frakcjonowania.

Analizę wykonał Zhang Xuhang, badacz po doktoracie w Instytucie Geologii i Geofizyki Chińskiej Akademii Nauk, pod kierunkiem He Huaiyu. Współpracownicy pochodzili z Uniwersytetu Nauki i Techniki Chin oraz z zespołu instrumentów lotnych misji Chang'e-7.