Планеты и спутники нашей Солнечной системы постоянно подвергаются бомбардировке частиц, испускаемых Солнцем.
На нашей планете их воздействие практически незаметно, за исключением потрясающих северных сияний, так как плотная атмосфера и магнитное поле Земли защищают нас от частиц солнечного ветра.
Но на Луне и Меркурии дела обстоят по-другому: там поверхностный слой грунта претерпевает эрозию под действием солнечных частиц. Результаты нового исследования Венского технического университета показали неполноту предыдущих моделей этого процесса.
Последствия бомбардировки солнечным ветром в некоторых случаях оказываются более значительными, чем считалось ранее. Эти открытия важны для миссии ESA BepiColombo, первой европейской миссии на Меркурий.
Экзосфера из раздробленного грунта
«Солнечный ветер состоит из заряженных частиц – в основном из ионов водорода и гелия, важную роль играют и более тяжёлые атомы, вплоть до железа», – объясняет профессор Фридрих Аумайр из Института прикладной физики в Венском техническом университете TU Wien.
Эти частицы сталкиваются с поверхностным слоем на скорости от 400 до 800 км/с, при ударе могут выбрасываться другие атомы.
Они могут высоко подниматься, прежде чем снова упадут на поверхность, создавая «экзосферу» вокруг Луны или Меркурия – чрезвычайно тонкую атмосферу, состоящую из атомов, отлетающих от внешнего слоя планетарного тела при бомбардировке его солнечным ветром.
Экзосфера представляет огромный интерес для исследователей космоса, потому что её состав позволяет установить химический состав грунта – намного проще проводить анализ экзосферы, чем опускать космический аппарат на поверхность.
В октябре 2018 ESA отправит зонд BepiColombo к Меркурию для того, чтобы собирать информацию о геологических и химических свойствах планеты из состава экзосферы.
Заряд имеет значение
Специалисты Венского технического университета исследовали действие ионной бомбардировки на волластонит, лунный камень. «До настоящего момента считалось, что пульверизация грунта в первую очередь происходит за счёт кинетической энергии быстрых частиц», говорит Пол Сабо, аспирант из команды Фридриха Аумайра и ведущий автор этой публикации.
«Но это только половина правды: нам удалось показать, что решающую роль играет высокий электрический заряд частиц. Вот почему частицы могут нанести поверхности больший вред, чем считалось ранее».
Когда частицы солнечного ветра многозарядны – например, им не хватает нескольких электронов, тогда они несут в себе огромное количество энергии, которая высвобождается при ударе.
«Если не брать это во внимание, то о действии солнечного ветра на различные виды грунта можно составить неправильное мнение», – говорит Пол Сабо.
Протоны составляют большую часть солнечного ветра, поэтому раньше считалось, что они оказывали сильнейшее воздействие на поверхностный слой.
Но оказалось, что главнейшую роль играет гелий, так как, в отличие от отдельных протонов, имеет двойной положительный заряд. Также не стоит пренебрегать действием более тяжёлых ионов с ещё большим электрическим зарядом.
Измерения высокой точности были выполнены в Институте прикладной физики. Венской научной коллаборацией Vienna Scientific Cluster VSC-3 были проведены комплексные компьютерные симуляции для верной интерпретации результатов. Также свой вклад внесли Центр аналитической аппаратуры и Институт химических технологий в TU Wien.
Деловыми партнёрами исследовательского проекта стали Институт физики бернского университета и Институт космоса Австрийской академии наук в г. Грац, они обеспечат финансирование предстоящей космической миссии ESA.
Оригинал: knowridge.com
Перевод: Ольга Шатерникова
