Что происходит на светлой стороне Луны

В новом исследовании НИУ ВШЭ ученые разработали математическую модель, объясняющую левитацию заряженных частиц пыли над освещенной солнцем лунной поверхностью практически для любой широты.

Впервые модель учитывает хвост магнитосферы Земли — особую область вокруг нашей планеты.

Данные исследований важны для планирования космических миссий «Луна-25» и «Луна-27».

В космосе Луна окружена плазмой (ионизированным газом), которая содержит пылевые частицы твердого вещества.

На лунной поверхности пылевые частицы под действием фотонов, электронов и ионов солнечного ветра приобретают положительный заряд.

Их взаимодействие с положительно заряженной лунной поверхностью заставляет их отскакивать, двигаться и образовывать пылевую плазму.

Из-за этих факторов исследователи могут предположить, что лунная пылевая плазма развивается только над частью лунной поверхности (около широты более 76 °).

Но ожидается, что над всей освещенной Солнцем частью Луны можно будет наблюдать пылевую плазму.

Авторы статьи разработали физико-математическую модель движения пылевой плазмы, в которой важную роль играет воздействие хвоста магнитосферы Земли.

Магнитосфера Земли развивается из-за взаимодействия магнитного поля планеты с заряженными частицами из космоса.

Например, под воздействием магнитного поля частицы солнечного ветра отклоняются от своей первоначальной траектории и образуют область вокруг планеты.

Он асимметричен: на дневной стороне достигает размеров 8-14 земных радиусов, а на ночной стороне вытянут и образует хвост магнитосферы длиной в несколько сотен земных радиусов.

Около четверти своей орбиты Луна находится в хвосте магнитосферы Земли, что влияет на движение частиц вдоль меридиана: под воздействием магнитного поля они начинают двигаться из полярной области к экватору.

На частицы также воздействуют гравитационные и электростатические силы. Первый притягивает к поверхности пылинки, а второй отталкивает их. Это приводит к вертикальным колебаниям частиц.

Вслед за этим частицы переходят в состояние левитации. Исследователи объясняют этот эффект длинными солнечными днями на Луне: почти 15 земных дней.

За это время процесс колебаний частиц затухает, и они успевают перейти в левитацию.

По мнению исследователей, наблюдаются и противоположные явления. Например, на марсианских спутниках, Фобосе и Деймосе время затухания колебаний пылинок больше светового дня, поэтому они не успевают перейти в левитирующее состояние.

Сергей Попель, заведующий лабораторией пылеплазменных процессов в космических объектах Института космических исследований РАН, говорит, что «Луна-25 и Луна-27 сегодня готовятся, и они будут изучать свойства пыли и пылевой плазмы вблизи лунная поверхность.

Чтобы сделать их успешными, необходимы предварительные исследования. Сегодня мы использовали упрощенный подход для объяснения перемещения пыли над лунной поверхностью с учетом магнитных полей в хвосте магнитосферы Земли.

В дальнейших исследованиях необходимо будет дополнительно учитывать осевой наклон и наклонение орбиты к плоскости эклиптики как для Земли, так и для Луны, а также учитывать более точные параметры плазмы хвоста магнитосферы».

Исследование проведено С.И. Попелем и др. и опубликовано в журнале Physics of Plasmas.