Заряженная пыль на Луне
Во время исследований Луны было установлено, что ее поверхность покрыта слоем мелкораздробленной пыли толщиной несколько сантиметров. Начиная с миссий «Аполлон», было обнаружено, что пыль левитирует над поверхностью Луны – она липла к оборудованию, к одежде астронавтов, затрудняя их работу.
Откуда взялась пыль на Луне? Луна – безатмосферное тело, а значит, у нее нет способствующей сгоранию метеорных тел плотной газовой атмосферы, и эти тела беспрепятственно попадают на поверхность нашего естественного спутника. Не теряя своей скорости и энергии, они образуют ударные события, в результате которых поверхность Луны дробится. За более чем 4 миллиарда лет в результате таких процессов поверхность Луны покрылась относительно равномерно измельченными пылевыми частицами с микронными и субмикронными размерами. Вместе с тем, у Луны есть экзосфера – внешняя оболочка, которая содержит атомы нейтральных газов, электроны и ионы солнечного ветра и заряженные пылевые частицы.
Как пылевые частицы приобретают заряд? Под действием солнечного излучения, а также электронов и ионов солнечного ветра, освещенная часть поверхности Луны и сами пылевые частицы заряжаются положительно (в основном вследствие фотоэффекта, когда с поверхности частиц выбиваются электроны, оставляя на пыли положительный заряд), и в результате действия сил электростатического отталкивания мелкие пылинки подскакивают над одноименно заряженной лунной поверхностью. В итоге образуется слой пылевой плазмы высотой до 2‑х метров – в зависимости от размеров частиц (тяжелые частицы подскакивают ниже, более мелкие – выше). Размеры левитирующих частиц лежат в субмикронном и микронном диапазоне.
Как же ученые пришли к заключению, что на Луне существует левитирующая пыль? Интерес к пылевой плазме на Луне возник в результате наблюдений с посадочных лунных миссий. Во время космических миссий Apollo 15 и 17 астронавты наблюдали лунные зори (lunar horizon glows) – рассеянный свет у лунного терминатора, что даже было запечатлено на фотографиях (рис. 1). Терминатор – это граница света и тени, и именно в этой области удобнее всего наблюдать за парящими пылинками. На основе данных спускаемых космических аппаратов Surveyor был сделан вывод, что пылевые частицы с размерами до 5 микрометров могут подниматься над поверхностью Луны на высоты порядка 10 сантиметров. В миссиях Аполлон проводились наблюдения субмикронной пыли в лунной экзосфере на высотах вплоть до 100 км. В 2013‑м в американской миссии LADEE («Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer» – «Исследователь лунной атмосферы и пылевой среды») лунная пыль изучалась с помощью наблюдений с орбиты.