Jordens magnetfält har levererat atmosfäriska partiklar till månens yta under miljarder år

 

Bild wikipedia Astronauten Charles Duke från Apollo 16 månlandning 1972  arbetar på månen med sin dräkt täckt av måndamm. Måndamm är mycket slipande och kan skada mänskliga lungor samt nerv- och hjärt-kärlsystem.

Ny forskning vid University of Rochester, publicerad i Nature Communications Earth and Environment, visar att jordens magnetfält kan leda partiklar från jordens  atmosfär med hjälp av solvinden ut i rymden. Jordens magnetfält har funnits i miljarder år och ovan  process har flyttat partiklar från jorden till månen under mycket lång tid.

"Genom att kombinera data från partiklar bevarade i månens ytas damm och grus,(kallat regolit) med hjälp av en beräkningsmodell av hur solvinden interagerar med jordens atmosfär kan vi spåra jordens atmosfärs och dess magnetfälts historia," beskriver Eric Blackman, professor vid institutionen för fysik och astronomi och framstående forskare vid  university of Rochesters laboratorium för laserenergiteknik (LLE).

Resultaten tyder på att månens jord inte bara kan innehålla ett historiskt register över jordens atmosfär utan också kan vara ännu mer värdefull än vad forskare en gång trodde för framtida rymdutforskare som ska bo och arbeta på månen då detta då kan användas.

Regolit som fördes tillbaka till jorden under Apollo-uppdragen på 1970-talet har gett forskarna viktiga ledtrådar. Studiet av dessa prover visar att månens regolit  innehåller flyktiga ämnen som vatten, koldioxid, helium, argon och kväve. Några av dessa flyktiga ämnen kommer från solens ständiga ström av laddade partiklar (solvinden). Men mängderna  särskilt kväve är för höga för att förklaras enbart av solvind.

År 2005 föreslog ett team lett av forskare från Tokyos universitet att en del av flyktiga ämnen kan ha kommit från jordens atmosfär. De hävdade att detta bara kunde ske under tiden innan jorden utvecklade ett magnetfält, eftersom de antog att magnetfältet skulle förhindra att atmosfäriska partiklar kunde försvinna ut i rymden.

Men forskarna vid URochester har nu upptäckt att processen kan fungera annorlunda. URochester-teamet inklusive Shubhonkar Paramanick, doktorand vid institutionen för fysik och astronomi och en Horton Fellow vid LLE; John Tarduno, William R. Kenan, Jr.-professor vid institutionen för jord- och miljövetenskap och Jonathan Carroll-Nellenback, beräkningsforskare vid Center for Integrated Research Computing och biträdande professor vid institutionen för fysik och astronomi  använde avancerade datorsimuleringar för att modellera hur och när regoliten kan ha förvärvat de grundämnen som hittats i Apollo-proverna.

Forskarna testade två scenarier. En modell av en "tidig jord" utan magnetfält  under en starkare solvind än den nuvarande. Den andra modellen en "modern jord" med sitt starka magnetfält med en svagare solvind. Simuleringarna visade att partikelöverföringen fungerar bäst i det moderna jordscenariot.

Det långsiktiga utbytet av partiklar innebär att månen kan ha en kemisk registrering av jordens atmosfär. Studier av månens jord skulle därför kunna ge forskare en sällsynt inblick i hur jordens klimat, hav och till och med liv utvecklades under miljarder år.

Den långsiktiga, stadiga överföringen av partiklar tyder också på att månens jord innehåller fler flyktiga ämnen än man tidigare trott. Ämnen som vatten och kväve skulle kunna stödja en långvarig mänsklig närvaro på månen, vilket minskar behovet av att transportera förnödenheter från jorden och gör månutforskning mer möjlig.

"Vår studie kan också få bredare konsekvenser för förståelsen av tidig atmosfärisk flykt på planeter som Mars, som idag saknar ett globalt magnetfält men tidigare hade ett liknande som jorden, tillsammans med sannolikt en tjockare atmosfär," beskriver Paramanick.