Misterij na Mjesecu napokon razriješen?

Interakcija Sučevog vjetra i Zemljinog magnetskog polja mogla bi objasniti neočekivani višak dušika u Mjesečevoj prašini (lunarni regolit). Inače, Mjesečeva prašina (lunarni regolit) je iznimno fini, praškasti sloj sitnih stijena, minerala i staklastih čestica koji prekriva cijelu površinu Mjeseca. Nastao je udarcima meteorita i kozmičkim zračenjem, a ključan je za istraživanje Mjeseca zato što se koristi za gradnju, za proizvodnju kisika i kao sirovina. Nije pravo "tlo", jer nema organske tvari, već je nastao isključivo fizikalnim procesima, za razliku od Zemljinog tla.

Još od misija Apollo 1970-ih godina, planetarni znanstvenici bili su zbunjeni neočekivano visokim razinama dušika u Mjesečevoj prašini. No, najnoviji rezultati istraživačkog tima predvođenog dr. Shubhonkarom Paramanickom sa Sveučilišta Rochester u New Yorku ukazuju na uzroke viška dušika na Mjesecu. To je Zemljina atmosfera. Dušik i drugi plinovi odnose se daleko u svemir i ubrzavaju Zemljin magnetski rep. Kada se Mjesec kreće kroz magnetski rep, te čestice padaju na površinu Mjeseca i tamo se nakupljaju i dan danas.

Zemljin magnetski rep dugačak je, izduženi dio Zemljine magnetosfere koji se proteže daleko u svemir, na noćnoj strani planeta, suprotno od Sunca. Oblikuje ga Sunčev vjetar koji struji oko magnetskog polja Zemlje, deformirajući ga u oblik suze: "glava" prema Suncu, a "rep" u duboki svemir. Zemljina magnetosfera je zaštitno područje oko Zemlje, oblikovano njezinim magnetskim poljem, izduženim u rep na noćnoj strani, koje štiti planet od štetnog Sunčevog vjetra (struje nabijenih čestica)

Kada su planetarni znanstvenici analizirali prve uzorke s Mjeseca iz misija Apollo 1970-ih, otkrili su nešto iznenađujuće: Mjesečeva prašina sadržavala je neočekivane količine vodika, dušika, ugljika i lakših plemenitih plinova.

Odakle se pojavljuje višak dušika na Mjesecu?

Sada je jasno da barem neki od tih Mjesečevih elemenata dolaze od Sunčevog vjetra: on bombardira Mjesečevu površinu visokoenergetskim nabijenim česticama i ostavlja ione u tankoj Mjesečevoj egzosferi. Međutim, taj proces ne može objasniti zašto Mjesečeva prašina (regolit) sadrži toliko dušika.

Dakle, što se krije iza tajanstvenog viška dušika na površini Mjeseca? Do sada su planetarni istraživači imali mnogo hipoteza, ali ne i jasan odgovor: "Dosada se višak dušika na Mjesecu pokušao objasniti ispuštanjem plinova iz Mjesečevih vulkana ili frakcijskim dijelovima Zemljine prvobitne atmosfere ili bombardiranjem mikrometeoritima, kometima ili asteroidima", ističu Shubhonkar Paramanick i njegove kolege sa Sveučilišta Rochester u New Yorku.

Zemlja kao dobavljač čestica?

Nedavno je jedna hipoteza posebno došla u fokus istraživača: „Zemljina atmosfera kao izvor viška dušika“. Mjerenja pokazuju da se tanki vanjski vodikov veo Zemljinog plinskog omotača proteže 50 promjera Zemlje u svemir, sve do Mjeseca. Godine 2022. planetarni istraživači utvrdili su da se Zemljin dugi magnetski rep proteže i u Mjesečevu orbitu. Dok Mjesec putuje kroz ovaj rep, ioni vodika i kisika mogli bi kišiti na Mjesečevu površinu.

Međutim, kontroverzno je hoće li i kako točno zemaljski plinovi dospjeti do Mjeseca preko magnetskog repa, i može li se i dušik transportirati na ovaj način? Osim toga, neki planetarni znanstvenici su 2005. pretpostavili da su ovi kemijski elementi možda bili prebačeni ranije u sustavu Zemlja-Mjesec, možda čak i prije nego što se pojavilo Zemljino magnetsko polje.

Kako bi razjasnili ova pitanja, Paramanick i njegov istraživački tim simulacijom modela rekonstruirali su mogući transport dušika, vodika, argona i drugih plinova koji se nalaze u Zemljinoj atmosferi. Testirali su prijenos čestica i za ranu Zemlju bez geomagnetskog polja i s jakim Sunčevim vjetrom te pod današnjim uvjetima.

241.000 zemaljskih atoma dušika po kvadratnom metru u sekundi

Rezultati najnovijeg istraživanja pokazuju kako dušik i drugi atmosferski plinovi zapravo mogu dospjeti sa Zemlje na Mjesec, a to se upravo događa i danas. Prema simulacijama istraživanja, Sunčev vjetar još uvijek neprestano kida čestice s vrha Zemljine atmosfere u svemir, unatoč postojanja zaštitnog omotača Zemljinog magnetskog polja.

Linije magnetskog polja sa Zemljinog magnetskog repa, koje se protežu daleko u svemir, djeluju poput transportnih tunela za te čestice: one vode ionizirane atmosferske čestice daleko u svemir. "Otrgnuti ioni su jako ubrzani i postižu istu brzinu kao Sunčev vjetar", izvještava istraživački tim. Slično onome što je prethodno pretpostavljano za vodik vrijedi i za dušik. On također ulazi u orbitu Mjeseca. "Neki od tih ubrzanih iona se zatim talože u Mjesečevoj prašini (regolitu)", navode Paramanick i njegovi kolege.

Prema izračunima istraživača, oko 241.000 zemaljskih atoma dušika po kvadratnom metru u sekundi na ovaj način dospijeva sa Zemlje na Mjesec. Za usporedbu, Sunčev vjetar nosi samo 43.700 atoma dušika po kvadratnom metru u sekundi na Mjesečevu prašinu (regolit).

Mjesec nosi kemijski otisak Zemljine atmosfere

"Naši rezultati pokazuju da Zemljina atmosfera daje značajan doprinos hlapljivim kemijskim elementima u Mjesečevoj prašini (lunarnom regolitu)", ističu Paramanick i njegov tim. "Oni dokazuju da materijal iz današnje Zemljine atmosfere zapravo može objasniti nesolarne komponente dušika i plemenitih plinova u Mjesečevoj prašini." Te su se čestice milijunima godina iz Zemljine atmosfere nakupljale u Mjesečevoj prašini.

Podaci o radu:

Autori: Shubhonkar Paramanick, Eric G. Blackman, John A. Tarduno i Jonathan Carroll-Nellenback

Izvorni naslov: Terrestrial atmospheric ion implantation occurred in the nearside lunar regolith during the history of Earth’s dynamo

Godina publiciranja rada: 2025

Naziv časopisa: Communications Earth & Environment

Bibliografska baza: WOSSCI

Kvartil: Q1

Impact factor (2024): IF=8.9

Detaljnije o ovom radu može se vidjeti na poveznici:         

doi: 10.1038/s43247-025-02960-4

Izvori: Communications Earth & Environment; NewScientist.