Мощные штормы на Солнце могут привести к выбросам огромных объемов материала – горячей плазмы. Это довольно опасно для небесных тел, которые от заряженных частиц не защищает ни магнитное поле, ни атмосфера. Исследование результатов воздействия таких выбросов на поверхность Луны показало, что эти порывы солнечного ветра могут буквально сдувать с нашего спутника немало материала.

Ученые использовали численное моделирование для изучение процесса воздействия солнечных штормов и других явлений, приводящих к корональным выбросам массы, на эродирование поверхности Луны. Кроме результатов по поверхности Луны, ученые показали, что особенно мощные солнечные штормы могут приводить к потерям атмосферы на планетах, имеющих ее, но не имеющих сильного магнитного поля, например, на Марсе.

Однако результаты, связанные с Луной, представляют больший интерес, так как это первая попытка предсказать влияние солнечных штормов и корональных выбросов массы на нее.

Над моделированием работала команда специалистов из Центра космических полетов имени Годдарда, входящая в группу Динамические изменения окружающей среды на Луне, включенная в структуру Института наук о Луне NASA.

«Мы обнаружили, что когда крупное облако плазмы ударяет в Луну, оно работает как пескоструйный аппарат и легко сдувает летучие элементы с ее поверхности, – говорит Уильям Фаррел, руководитель группы в Центре имени Годдарда. – Наша модель показывает, что от 100 до 200 тонн лунного материала в ходе стандартного двухдневного прохождения коронального выброса». А мы на Земле волнуемся из-за потери нескольких сотен камней!

Штормы на Солнце

Солнечные вспышки могут привести к корональным выбросам массы, массивным облакам горячей плазмы, которые отрываются от поверхности Солнца и устремляются в космос. Мощный корональный выброс может содержать миллиард тонн плазмы, которая несется через Солнечную систему со скоростью в миллионы километров в час, а размер этого облака во много раз превышает нашу планету.

Поскольку у Луны практически нет атмосферы, она особенно чувствительна в переменам космической погоды, особенно к таким «ненастным» дням. Плазма достигает поверхности Луны практически без препятствий, и выбивает из нее частицы в ходе столкновений высокоэнергетических ионов плазмы с молекулами на поверхности. Этот процесс называют распылением.

«Распыление относится к пяти основным процессам, создающим экзосферу Луны в случае нормальных условий на Солнце, но согласно нашей модели в ходе корональных выбросов массы ситуация меняется, и этот процесс становится подавляюще важным, его вклад в обогащение экзосферы в 50 раз превышает все другие процессы», – говорит Розмари Киллен, первый автор публикации об открытии в журнале Геофизическое исследование планет и руководитель группы, сделавшей это открытие.

Корональные выбросы способны распылять лунный материал и выбивать его с поверхности, так как плазма выбросов намного плотнее и быстрее обычного солнечного ветра. В солнечном ветре обычно преобладают легкие заряженные частицы водорода. В корональных выбросах массы основу составляют ионы более тяжелых элементов, которые также несут больший отрицательный заряд. Эти тяжелые ионы могут выбивать в десять раз больше атомов с поверхности Луны, чем ионы водорода. К такому выводу пришли специалисты из Центра имени Годдарда.

Изучение распыления

Для создания моделей коронального выброса массы и его взаимодействия с поверхностью Луны ученые использовали спутниковые измерения химического состава выбрасываемого Солнцем материала.

Они обнаружили, что тяжелые ионы гелия составляют всего около 4% нормального солнечного ветра, но во время корональных выбросов массы их концентрация увеличивается до 20%. Если соединить это обогащение тяжелыми ионами со скоростью и плотностью коронального выброса, то эффективность распыление повышается в 50 раз по сравнению с неспешными легкими ионами водорода в солнечном ветре.

«Численное моделирование позволяет разделить влияние распыления и других процессов, – говорит соавтор исследования Дана Харли из Лаборатории прикладной физики Университета Джона Хопкинса. – Сравнивая предсказания модели для различных условий в солнечном ветре, мы можем определить то его состояние, при котором распыление становится доминирующим процессом (в обогащении экзосферы). Эти предсказания могут быть затем проверены при помощи данных, собранных во время солнечного шторма».

Проверка этих моделей, правда, откладывается. Для этого будет использоваться зонд LADEE, который должен быть запущен в 2013 году. Исходя из планируемой высоты орбиты зонда над поверхностью Луны, ученые заключают, что можно будет засекать частицы, выбиваемые на высоту от 20 до 50 километров.

«Этот мощный эффект распыления сделает зонд LADEE прибором для минералогического анализа поверхности. Хотя сам зонд будет отнюдь не на поверхности, выбивание атомов позволит ему провести их анализ», – говорит Фаррел.

Ярость Солнца

Ученые уже давно изучают воздействие корональных выбросов массы на магнитосферу земли, и давно известно, что именно они вызывают полярные сияния.

Но для планет вроде Марса, не имеющих глобального магнитного поля, но имеющих пусть тонкую и разреженную, но все же заметную атмосферу, корональные выбросы могут рассеивать именно ее. В 2013 должен быть запущен еще один зонд, MAVEN. Его задача – исследование солнечной активности, в особенности корональных выбросов, на выветривание атмосферы Марса.