Księżyc nie ma atmosfery w takim sensie, w jakim rozumiemy ją na Ziemi. Nie ma chmur, wiatru ani powietrza, którym można oddychać. A jednak od lat naukowcy zauważają coś zaskakującego: w księżycowym regolicie – drobnym pyle pokrywającym powierzchnię Srebrnego Globu – znajduje się zadziwiająco dużo lotnych pierwiastków, takich jak tlen czy azot. Skąd one się tam wzięły?
Nowe badania pokazują, że odpowiedź jest bliżej, niż się wydaje. Dosłownie. To Ziemia od miliardów lat „podrzuca” Księżycowi fragmenty swojej atmosfery.
Ziemia dzieli się atmosferą – nawet jeśli nie chce
Od czasu misji Apollo naukowcy wiedzą, że księżycowy pył zawiera pierwiastki, których nie da się łatwo wytłumaczyć lokalnymi procesami. Jednym z podejrzanych był wiatr słoneczny – strumień naładowanych cząstek emitowanych przez Słońce. Problem w tym, że sam wiatr słoneczny nie tłumaczy wysokich stężeń niektórych pierwiastków, zwłaszcza azotu.
Pojawiały się też hipotezy o mikrometeorytach, które bombardując Księżyc, mogły zmieniać jego skład chemiczny. To jednak nadal nie domykało sprawy.
Od dawna rozważano również udział ziemskiej atmosfery. Zakładano jednak, że taki transfer mógł zachodzić tylko bardzo dawno temu – zanim Ziemia wytworzyła silne pole magnetyczne. Logika była prosta: magnetosfera powinna chronić atmosferę przed „ucieczką” w kosmos.
Nowe badanie pokazuje, że to założenie było błędne.
Pole magnetyczne Ziemi nie chroni idealnie
Zespół astrofizyków z University of Rochester przeprowadził zaawansowane symulacje komputerowe, porównując dwa scenariusze:
- wczesną Ziemię bez silnego pola magnetycznego, ale z intensywnym wiatrem słonecznym,
- współczesną Ziemię z rozwiniętą magnetosferą i słabszym wiatrem słonecznym.
Ku zaskoczeniu badaczy to drugi scenariusz znacznie lepiej pasował do danych z Księżyca.
Okazuje się, że ziemskie pole magnetyczne nie działa jak szczelna tarcza. Wiatr słoneczny potrafi wybijać naładowane cząstki z górnych warstw atmosfery, a następnie „prowadzić” je wzdłuż linii pola magnetycznego.
Magnetyczny ogon Ziemi sięga aż do Księżyca
Magnetosfera Ziemi nie jest kulą. Przez ciągłe napieranie wiatru słonecznego jest rozciągnięta w długą strukturę przypominającą ogon komety. Ten tzw. ogon magnetyczny rozciąga się setki tysięcy kilometrów w przestrzeń kosmiczną.
I tu robi się ciekawie.
Księżyc regularnie przechodzi przez ten ogon. Gdy tak się dzieje, cząstki pochodzące z ziemskiej atmosfery – w tym tlen i azot – mogą osadzać się na jego powierzchni. To proces powolny, ale działa nieprzerwanie od miliardów lat.
Właśnie dlatego w księżycowym regolicie znajdujemy pierwiastzewa, które wyglądają, jakby pochodziły… z Ziemi.
Księżyc jako kapsuła czasu Ziemi
To odkrycie ma znacznie większe znaczenie niż tylko ciekawostka kosmiczna. Atmosfera Ziemi zmieniała się dramatycznie na przestrzeni dziejów – od czasów, gdy nie było w niej tlenu, po okresy gwałtownych zmian klimatycznych i biologicznych.
Jeśli cząstki atmosfery były systematycznie odkładane na Księżycu, jego powierzchnia może być archiwum historii ziemskiej atmosfery. Kapsułą czasu, w której zapisane są etapy rozwoju naszej planety.
Co więcej, wcześniejsze badania sugerowały już, że ten sam mechanizm mógł:
- dostarczać tlen na Księżyc,
- przyczyniać się do powstawania cząsteczek wody,
- powodować zjawisko „rdzewienia” księżycowych skał.
Nowe symulacje wzmacniają ten obraz i pokazują, że Ziemia i Księżyc są ze sobą chemicznie powiązane znacznie silniej, niż sądziliśmy.
Dlaczego to odkrycie jest ważne teraz
W czasach planowanych powrotów ludzi na Księżyc i przyszłych baz księżycowych wiedza o składzie regolitu ma znaczenie praktyczne. Ale jeszcze ważniejszy jest aspekt naukowy: Księżyc może pomóc nam zrozumieć własną planetę – jej atmosferę, ewolucję i warunki, które umożliwiły rozwój życia.
Zamiast patrzeć na Księżyc wyłącznie jak na martwą skałę, zaczynamy widzieć go jako lustro historii Ziemi. Ciche, bezpowietrzne, ale zadziwiająco gadatliwe, jeśli tylko umiemy je czytać.
Badania opublikowano w czasopiśmie Nature Communications Earth & Environment .