Utvrđeno je porijeklo tanke mjesečeve atmosfere

Mada na Mjesecu nema zraka za disanje, poznato je da na njemu postoji jedva prisutna atmosfera. Od 1980-ih astronomi su promatrali vrlo tanak sloj atoma koji poskakuje preko površine Mjeseca.

Podrijetlo ove delikatne atmosfere, tehnički poznate kao egzosfera, do sada je bilo nepoznato.

Sada američki znanstvenici s instituta tehnologije u Massachusettsu (MIT-a) i Sveučilišta u Chicagu kažu da su identificirali glavni proces koji je formirao mjesečevu atmosferu i nastavlja je održavati i danas.

U svojoj studiji znanstvenici su analizirali uzorke Mjesečevog tla koje su prikupili astronauti tijekom NASA-inih misija Apollo. Njihova analiza sugerira da je tijekom povijesti Mjeseca od 4,5 milijardi godina njegova površina neprestano bombardirana, prvo masivnim meteoritima, a zatim u novije vrijeme manjim "mikrometeoroidima" veličine prašine.

Ti stalni udari podigli su Mjesečevo tlo, isparivši određene atome pri kontaktu i dižući čestice u zrak. Neki atomi bivaju izbačeni u svemir, dok drugi ostaju lebdjeti iznad Mjeseca, tvoreći tanku atmosferu koja se stalno obnavlja kako meteoriti nastavljaju pogađati površinu.

"Dajemo konačan odgovor da je isparavanje udarom meteorita dominantan proces koji stvara mjesečevu atmosferu", kaže glavna autorica studije, Nicole Nie, docentica na MIT-ovom Odjelu za Zemlju, atmosferske i planetarne znanosti.

"Mjesec je star blizu 4,5 milijardi godina, a kroz to vrijeme površinu su neprestano bombardirali meteoriti. Pokazujemo da je tanka atmosfera dostigla stabilno stanje jer se kontinuirano obnavlja malim udarima po cijelom Mjesecu."

Kako bi preciznije utvrdila porijeklo mjesečeve atmosfere, Nia je pogledala uzorke mjesečevog tla koje su prikupili astronauti tijekom NASA-inih misija Apollo. Ona i njezini kolege sa Sveučilišta u Chicagu uzeli su 10 uzoraka Mjesečevog tla, od kojih je svaki imao oko 100 miligrama - što je mala količina za koju se procjenjuje da bi stala u jednu kišnu kap.

Nie je nastojala najprije izolirati dva elementa iz svakog uzorka: kalij i rubidij. Oba elementa su "hlapljiva", što znači da se lako ispare udarcima i raspršivanjem iona. Svaki element postoji u obliku nekoliko izotopa. Izotop je varijacija istog elementa koja se sastoji od istog broja protona, ali nešto drugačijeg broja neutrona. Na primjer, kalij može postojati kao jedan od tri izotopa, od kojih svaki ima jedan neutron više, a jedan je nešto teži od prethodnog. Slično tome, postoje dva izotopa rubidija.

Tim je zaključio da bi se, ako se mjesečeva atmosfera sastoji od atoma koji su isparili i lebdjeli u zraku, lakši izotopi tih atoma trebali lakše podići, dok bi teži izotopi vjerojatnije taložili natrag u tlo. Nadalje, znanstvenici predviđaju da bi udarno isparavanje i raspršivanje iona trebalo rezultirati vrlo različitim udjelima izotopa u tlu. Specifični omjer lakih i teških izotopa koji ostaju u tlu, i za kalij i za rubidij, trebao bi otkriti glavni proces koji pridonosi podrijetlu mjesečeve atmosfere.

Imajući sve to na umu, Nie je analizirala uzorke Apolla tako što je prvo zdrobila tlo u fini prah, a zatim ga otopila u kiselinama kako bi pročistila i izolirala otopine koje sadrže kalij i rubidij. Zatim je te otopine propustila kroz spektrometar mase kako bi izmjerila različite izotope kalija i rubidija u svakom uzorku.

Na kraju je tim otkrio da tlo sadrži uglavnom teške izotope i kalija i rubidija. Istraživači su uspjeli kvantificirati omjer teških i lakih izotopa i kalija i rubidija, a uspoređujući oba elementa, otkrili su da je udarna vaporizacija najvjerojatnije dominantan proces kojim atomi isparavaju i dižu se u Mjesečevu atmosferu.

"Bez ovih Apollo uzoraka, ne bismo mogli dobiti precizne podatke i kvantitativno mjeriti kako bismo detaljnije razumjeli stvari", kaže Nie. "Važno nam je donijeti uzorke s Mjeseca i drugih planetarnih tijela kako bismo mogli dobiti jasnije slike formiranja i evolucije Sunčevog sustava."