Forskare har fastställt ursprunget till månens tunna atmosfär.

2 augusti 2024

Den här artikeln har granskats enligt Science X:s redaktionella process och policyer. Redaktörer har markerat följande attribut samtidigt som de säkerställer innehållets trovärdighet:

• faktagranskad
• peer-reviewed publikation
• pålitlig källa
• korrekturläs

av Jennifer Chu, Massachusetts Institute of Technology

Medan månen saknar luft som kan andas, är den värd för en atmosfär som knappt finns där. Sedan 1980-talet har astronomer observerat ett mycket tunt lager av atomer som studsar över månens yta. Denna känsliga atmosfär - tekniskt känd som en "exosfär" - är sannolikt en produkt av någon form av rymdvittring. Men exakt vad dessa processer kan vara har varit svårt att fastställa med säkerhet.

Nu säger forskare vid MIT och University of Chicago att de har identifierat huvudprocessen som bildade månens atmosfär och fortsätter att upprätthålla den idag. I en studie som visas i Science Advances rapporterar teamet att månatmosfären främst är en produkt av "påverkansförångning".

I sin studie analyserade forskarna prover av månjord som samlats in av astronauter under NASA:s Apollo-uppdrag.

Deras analys tyder på att under månens 4,5 miljarder år långa historia har dess yta kontinuerligt bombarderats, först av massiva meteoriter, sedan på senare tid av mindre, dammstora 'mikrometeoroider'.

Dessa ständiga effekter har sparkat upp månens jord, förångat vissa atomer vid kontakt och lyft upp partiklarna i luften. Vissa atomer kastas ut i rymden, medan andra förblir svävande över månen och bildar en svag atmosfär som ständigt fylls på när meteoriter fortsätter att störta ytan.

Forskarna fann att effektförångning är den huvudsakliga process genom vilken månen har genererat och upprätthållit sin extremt tunna atmosfär under miljarder år.

"Vi ger ett definitivt svar att förångning av meteoritnedslag är den dominerande processen som skapar månatmosfären", säger studiens huvudförfattare, Nicole Nie, biträdande professor vid MIT:s avdelning för jord-, atmosfär- och planetvetenskap.

"Månen är nära 4,5 miljarder år gammal, och under den tiden har ytan kontinuerligt bombarderats av meteoriter. Vi visar att en tunn atmosfär så småningom når ett stabilt tillstånd eftersom den kontinuerligt fylls på av små nedslag över hela månen.'

Nies medförfattare är Nicolas Dauphas, Zhe Zhang och Timo Hopp vid University of Chicago och Menelaos Sarantos vid NASA Goddard Space Flight Center.

2013 skickade NASA en orbiter runt månen för att göra lite detaljerad atmosfärisk spaning. Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer (LADEE, uttalas "laddie") fick i uppdrag att på distans samla information om månens tunna atmosfär, ytförhållanden och eventuell miljöpåverkan på månens stoft.

LADEEs uppdrag var utformat för att fastställa ursprunget till månens atmosfär. Forskare hoppades att sondens avlägsna mätningar av jord och atmosfärs sammansättning kan korrelera med vissa rymdvittringsprocesser som sedan kan förklara hur månens atmosfär kom till.

Forskare misstänker att två rymdvittringsprocesser spelar en roll för att forma månens atmosfär: stötförångning och "jonförstoftning" - ett fenomen som involverar solvind, som bär energiska laddade partiklar från solen genom rymden. När dessa partiklar träffar månens yta kan de överföra sin energi till atomerna i jorden och skicka dessa atomer att sprattla och flyga upp i luften.

"Baserat på LADEEs data verkade det som om båda processerna spelar en roll", säger Nie.

"Till exempel visade det att under meteoritskurar ser du fler atomer i atmosfären, vilket betyder att nedslag har en effekt. Men det visade också att när månen är skyddad från solen, till exempel under en förmörkelse, sker det också förändringar i atmosfärens atomer, vilket betyder att solen också påverkar. Så resultaten var inte tydliga eller kvantitativa.'

För att mer exakt fastställa månatmosfärens ursprung, tittade Nie på prover av månjord som samlats in av astronauter under NASA:s Apollo-uppdrag. Hon och hennes kollegor vid University of Chicago skaffade 10 prover av månjord, var och en mätte cirka 100 milligram - en liten mängd som hon uppskattar skulle passa in i en enda regndroppe.

Nie försökte först isolera två element från varje prov: kalium och rubidium. Båda elementen är "flyktiga", vilket betyder att de lätt förångas av stötar och jonförstoftning.

Varje element existerar i form av flera isotoper. En isotop är en variant av samma grundämne som består av samma antal protoner men lite olika antal neutroner. Till exempel kan kalium existera som en av tre isotoper, var och en har en neutron till och den är något tyngre än den förra. På samma sätt finns det två isotoper av rubidium.