Naukowcy od dawna obserwują ciekawe zjawisko wokół ziemskiego księżyca: ogromną, asymetryczną chmurę pyłu, która nieustannie podąża za nim. Nowe badanie oferuje przekonujące wyjaśnienie tej dziwnej asymetrii, łącząc ją z ekstremalnymi różnicami temperatur pomiędzy oświetloną i zacienioną stroną Księżyca.
Regolit księżycowy: ciągły przepływ pyłu
Powierzchnia Księżyca nie jest gładkim, solidnym krajobrazem. Zamiast tego jest pokryty warstwą szarego pyłu i luźnych skał zwanych regolitem. Ten regolit powstaje w sposób ciągły w wyniku nieustannego bombardowania mikrometeoroidów – maleńkich kosmicznych skał powstałych w wyniku zderzeń asteroid i komet. Ponieważ na Księżycu nie ma atmosfery, która umożliwiłaby spalanie napływających śmieci kosmicznych (zjawisko, które na Ziemi powoduje powstawanie „spadających gwiazd”), tony tych mikrometeoroidów codziennie uderzają w powierzchnię Księżyca, zamieniając skały w drobny pył.
Ogromna, asymetryczna chmura pyłu
W 2015 roku naukowcy odkryli, że zderzenie tych mikrometeoroidów nie tylko powoduje powstanie pyłu, ale także unosi go w przestrzeń kosmiczną. Proces ten tworzy ogromną chmurę pyłu, która rozciąga się setki kilometrów nad powierzchnią Księżyca. Chociaż chmura nie jest wizualnie gruba, wykazuje uderzającą asymetrię: jest gęstsza po oświetlonej stronie Księżyca – stronie obecnie zwróconej w stronę Słońca – niż po jego ciemniejszej stronie. Jak zauważa Sebastian Verkerke, naukowiec i główny autor badania, „chmura jest najgęstsza blisko powierzchni na terminatorze świtu”, czyli na granicy światła słonecznego i cienia. Gęstość pyłu jest niewiarygodnie niska: „maksymalna zmierzona gęstość wyniosła zaledwie 0,004 cząstek na metr sześcienny (co odpowiada 4 cząstkom pyłu w spichlerzu)”.
Związek z temperaturą: nowa hipoteza
Początkowo naukowcy wyjaśniali asymetrię chmury specyficznymi trajektoriami mikrometeoroidów, które przyczyniły się do zderzeń na powierzchni. Jednak ogromna różnica temperatur między księżycowym dniem i nocą wydała się badaczom potencjalnie ważnym czynnikiem. Temperatury na powierzchni Księżyca mogą osiągnąć piekący poziom znacznie powyżej najgorętszych miejsc na Ziemi, podczas gdy noc księżycowa spada do temperatur niższych niż te występujące na Antarktydzie. Verkerke i jego współpracownicy zasugerowali, że ta ekstremalna zmiana temperatury – różnica 285 stopni Celsjusza (545 stopni Fahrenheita) – może być odpowiedzialna za asymetryczny kształt chmury.
Modele komputerowe ujawniają prawdę
Aby przetestować tę hipotezę, Verkerke i jego współpracownicy – zespół badaczy z uniwersytetów w USA i Europie – wykorzystali modele komputerowe. Modele śledziły maleńkie mikrometeoroidy (mniej więcej szerokości ludzkiego włosa) uderzające w księżycowy regolit w dwóch różnych temperaturach: 112 stopni Celsjusza (233 stopni Fahrenheita) i minus 183 stopni Celsjusza (minus 297 stopni Fahrenheita), co odpowiada odpowiednio średniej temperaturze Księżyca w ciągu dnia i przed świtem.
Ponadto w modelach uwzględniono gęstość, czyli „puszystość” powierzchni Księżyca, ponieważ „wyrzucona cząsteczka pyłu jest następnie indywidualnie śledzona, aby kontrolować jej rozmieszczenie w przestrzeni”. Symulacje wykazały, że mikrometeoroidy uderzające w „puszystsze” powierzchnie emitują mniej pyłu dzięki efektowi amortyzacji. Natomiast uderzenia w bardziej zwarte powierzchnie wygenerowały więcej cząstek pyłu poruszających się z niższymi prędkościami.
Kluczowe wnioski: gęstość i temperatura pyłu
Wyniki badań przekonująco potwierdzają hipotezę o wpływie temperatury. Odkryli, że dzienne mikrometeoroidy wzniecają o 6–8% więcej pyłu niż nocne mikrometeoroidy. Ponadto duża część cząstek pyłu powstałych w wyższych temperaturach miała wystarczającą energię, aby dotrzeć do satelitów cislunarnych zdolnych do ich wykrycia. „Zarówno większa ilość wyrzuconego pyłu, jak i większa jego część docierająca do satelitów, mogą wyjaśniać nadmiar pyłu w ciągu dnia” – podsumowali naukowcy.
Przyszłe badania: rozszerzenie na inne światy
Badania zespołu stanowią znaczący krok naprzód w zrozumieniu dynamiki pyłu księżycowego i jego wpływu na środowisko kosmiczne. Planują rozszerzyć swoją analizę na inne ciała w Układzie Słonecznym, które podlegają podobnym bombardowaniom przez małe meteoroidy. Szczególnie interesującym celem przyszłych badań jest Merkury, biorąc pod uwagę jego jeszcze gorętszą powierzchnię w ciągu dnia i duże różnice temperatur między dniem i nocą, które prawdopodobnie spowodują jeszcze wyraźniejsze asymetrie w chmurze pyłu.
