Chang'e-6 otkriva: Zemljina magnetosfera menja sunčev vetar koji udara u Mesec

Mesečeve dve polulopte milijardama godina bile su izložene različitim uslovima: daleka strana okrenuta je od Zemlje, dok bliska strana povremeno prolazi kroz oblasti oblikovane Zemljinom magnetosferom. Nova analiza uzoraka koje je vratio kineski Chang'e-6 pokazuje da ta razlika dopire duboko u mesečev regolit.

Šta su naučnici uradili

Tim sa Instituta za geologiju i geofiziku Kineske akademije nauka analizirao je plemenite gasove (he, ne, ar, kr, xe) u uzorcima tla iz basena South Pole–Aitken koje je doneo Chang'e-6. Od ukupno 1.935 g vraćenog materijala uzeto je sedam manjih uzoraka koji su ispitivani korak-po-korak pomoću grejanja i totalne laserske fuzije kako bi se izmerila izotopska kompozicija.

Abundances of noble gases in lunar soil at different landing sites. (CREDIT: Nature Geoscience)

Ključna otkrića

Neonski odnos: Najjasnija razlika u odnosu na ranije (sve sa bliske strane) uzorke pojavila se kod neona. Prosečan odnos 20Ne/22Ne u Chang'e-6 uzorcima iznosi 11,34 ± 0,22, što je niže od svih ranije izveštavanih vrednosti sa bliske strane i blisko teoretskoj vrednosti ~11,2 za snažno frakcionisan solarni neon — to znači relativno veći udeo težeg izotopa 22Ne na daljoj strani.

Temperatura oslobađanja i dubina implantacije: Kripton i ksenon iz Chang'e-6 većinom su se oslobađali pri višim temperaturama, što ukazuje da su gasovi dublje ugrađeni u mineralna zrna. Uzorci Chang'e-5 (bliska strana) pokazali su dvosmerni obrazac oslobađanja ksenona — značajne frakcije i pri nižim i pri višim temperaturama — što ukazuje na plitkiju implantaciju.

Ne isotope characteristics and interpretation of CE6 lunar soils. (CREDIT: Nature Geoscience)

Objašnjenje: uloga magnetosheatha

Istraživači povezuju razlike sa prolazima Meseca kroz magnetosheath, turbulentnu zonu oko Zemljine magnetosfere koja usporava solarni vetar. Dok solarni vetar obično putuje oko 400 km/s, u magnetosheathu se može usporiti na ~200 km/s. Mesec dvaput po orbiti prolazi kroz ovu zonu, a bliska strana primarno prima usporeni tok jer je okrenuta Zemlji.

Joni niže brzine imaju manju energiju i ne prodiru duboko u zrno regolita, pa to objašnjava plitku implantaciju u Chang'e-5 uzorcima. Daleka strana (Chang'e-6) tokom tih prolaza ostaje uglavnom izložena „normalnom“ bržem solarnom vetru, što odgovara dubljoj implantaciji i drugačijim neonskim odnosima.

The composition of different components in lunar soils. (CREDIT: Nature Geoscience)

Šta nije objašnjenje — i otvorena pitanja

Tim je odbacio jednostavna objašnjenja kao što su dodatni meteoritni/kometni doprinosi (Kr/Xe odnosi su slični), dugoročne promene u solarnom vetru (uzorci pokazuju relativno nedavno izlaganje) i potpuni uticaj difuzije, erozije ili preferencijalnog sputteringa. Međutim, jaka frakcionacija neona na daljoj strani nije u potpunosti objašnjena: predloženi procesi sami za sebe ne reprodukuju sve detalje merenja.

Autori stoga razmatraju kombinaciju procesa ili dodatnu komponentu neona sa još nižim 20Ne/22Ne odnosom kao mogućnosti koje treba dalje proveriti.

Kr isotopic distributions of Chang'e-6 as deviations from the solar wind Kr composition. (CREDIT: Nature Geoscience)

Širi značaj

Ovi rezultati pretvaraju mesečev regolit u potencijalni arhiv promena Zemljine magnetosfere: teži plemeniti gasovi mogu zabeležiti gde je i kada magnetosheath usporavao solarni vetar. U kombinaciji sa paleomagnetnim podacima, takvi zapisi mogu pomoći u rekonstrukciji razvoja magnetosfere tokom geoloških razdoblja i boljem razumevanju raspodele sunčevog izvora vodonika, azota, vode i drugih hlapljivih materija na Mesecu.

Dalji koraci: Poređenja uzoraka sa više lokacija na bliskoj i dalekoj strani mogu potvrditi da li je neonov anomalni odnos lokalni ili globalni fenomen i pomoći da se razdvoje geološki od sistemskih (Sunce–Zemlja–Mesec) uticaja.

Rad objavljen u časopisu Nature Geoscience. Chang'e-6 pokazuje da daleka strana Meseca ne čuva samo drugačiji pejzaž — ona čuva i drugu istoriju čestica koja je delimično oblikovana Zemljinom magnetosferom.