Во время экспедиций по программе «Аполлон» (NASA) астронавты заметили необычное явление — пылевые фонтаны. Кроме того, автоматические приборы фиксировали на фотопленку зарево на горизонте перед восходом Солнца, которое можно объяснить рассеянием света на пылевых частицах.
Одна из причин, по которой лунная пыль поднимается вверх, — она накапливает заряд из-за ультрафиолетового излучения Солнца, которое выбивает электроны из частиц грунта, в результате поверхность и пылинки приобретают электрический заряд (явление фотоэффекта). Кроме того, заряды приносят электроны и ионы солнечного ветра, хотя этот эффект несколько слабее, чем от ультрафиолета.
Главная причина, по которой пыль поднимается, — электрический заряд. Под действием ультрафиолетового света Солнца с поверхности пылинок выбиваются электроны, и они заряжаются положительно. В тени, наоборот, поверхность получает отрицательный заряд из-за потока электронов из солнечного ветра. Из-за разницы в зарядах пылинки могут отталкиваться от поверхности и левитировать. Гравитация на Луне в шесть раз слабее, чем на Земле, поэтому даже слабый импульс — от микрометеорита или солнечного излучения — может подбросить пыль на несколько метров вверх. Это создает тонкий слой пыли над поверхностью — приповерхностную экзосферу.
Ученые проводили эксперименты в вакуумной камере с аналогом лунного грунта. Для моделирования условий на поверхности Луны образцы размещали на проводящей подложке, а для компенсации земной гравитации использовали вертикальное электростатическое поле напряженностью 1700 В/см.
В первом случае «грунт» бомбардировали заряженными микрочастицами железа размером порядка 10 мкм, ускоренными до 10 м/с, — это имитировало удары микрометеоритов. Во втором — облучали потоком электронов с энергией 160 эВ, воспроизводя воздействие солнечного ветра. В третьем — применяли ультрафиолетовое излучение с длиной волны 172 нм.
Все процессы снимали на высокоскоростные камеры с частотой от 300 до 1000 кадров в секунду, а для подсветки использовали твердотельный лазер. Таким образом, в каждом эксперименте моделировалось действие одного из факторов, способных поднять пыль над поверхностью Луны.
Чтобы изучить это явление в естественных условиях, в отделе физики планет ИКИ РАН создали прибор «Пылевой мониторинг Луны». Такой прибор работал на российском космическом аппарате «Луна-25», которая нештатно закончила полет. Сейчас его аналог поставлен на «Чанъэ-7», запуск запланирован на
Прибор оснастили тремя типами датчиков: пьезокерамическими пластинами, которые регистрируют удары пылинок, индукционными датчиками, измеряющими их заряд, и зондом Ленгмюра, который анализирует окружающую плазму. Благодаря этому ученые впервые смогут одновременно измерять скорость, массу, заряд пылинок и условия вблизи поверхности. Эти данные помогут уточнить, как движется пыль, и защитить будущие миссии — ведь она повреждает солнечные панели, механизмы и может быть опасна для людей. После «Чанъэ-7» исследования продолжатся на новых миссиях — «Луна-27.1» и «Луна-27.2».
Ранее Наука Mail рассказывала о том, что оценена возможность загрязнения Луны земными микробами.