Луната е спасила атмосферата на ранната Земя

Ранната Земя не е била подходящо място за разходки. Първо, преди около 4,5 милиарда години, когато Земята е била само гореща новообразувана планета, Тея – обект с размерите на Марс – се блъска в нея, изпращайки парчета, излитащи в космоса и загряващи Земята до хиляди градуси.

Тогава, преди около 4 милиарда години, Слънчевата система е преживяла период, наречен „Късно тежко бомбардиране“, в който астероидите положително са насочили орбитите на скалистите планети от вътрешната Слънчева система. Под тази атака Земята остава гореща и повърхността й се топи.

Междувременно Слънцето, макар и много по-тъмно и по-хладно, отколкото е днес, е враждебно към „своите малки деца“, обсипвайки пространството с бурни, мощни изригвания и див слънчев вятър. При тези условия е чудно, че Земята успява да запази достатъчно атмосфера, за да се превърне по-късно в свят, гостоприемен за живот.

Всъщност може да сме благодарни на Тея (поне отчасти). Тези парчета земя, които Тея отчупва, образуват Луната. И ново изследване показва, че магнитното поле на Луната е могло да защити Земята от пълната сила на яростта на Слънцето.

„Луната изглежда е станала значителна защитна бариера срещу слънчевия вятър за Земята, което е било критично за Земята за да поддържа атмосферата си през това време“, казва физикът Джим Грийн, главен учен в НАСА и водещ автор на новото проучване.

„Доскоро мислехме, че Луната е повече или по-малко безжизнено парче скала. Сега няма магнитно поле, така че просто предполагахме, че никога не е имала такова, тъй като е малка и може да не е поддържала необходимия динамо ефект“.

Но когато там пристигат астронавти през 60-те и 70-те години, мострите от лунни скали, които те връщат, показаха доказателства за магнетизъм , т.е. Луната някога е имала магнитно поле, подобно на земното.

Магнитното поле на Земята е резултат от динамо – въртяща се, конвектираща и електрически проводяща течност, която преобразува кинетичната енергия в магнитна енергия, въртейки магнитно поле около планетата. Тази течност е ядрото на Земята от разтопено желязо.

Когато се е образувала, нарастващите доказателства сочат, че Луната е била достатъчно топла, за да има гъвкав център, собствено ядро от разтопено желязо. Учените смятат, че е била в състояние да поддържа магнитно поле до преди около 1 до 2,5 милиарда години, когато то се охлажда до степен, че желязната сърцевина се втвърдява.

„Това е като да печете торта: Изваждате я от фурната и тя все още се охлажда“, казва Грийн. „Колкото по-голяма е масата, толкова по-дълго е необходимо да се охлади“.

Връзката Земя-Луна в онези ранни дни е била много по-близка от тази, каквато е днес. Преди около 4 милиарда години Луната е била само на 130 000 километра – около една трета от сегашното си разстояние от 384 400 километра. Тогава и Земята се е въртяла по-бързо: един ден е продължавал само пет часа. Тъй като въртенето на планетата се забавя, Луната се е оттегляла със скорост от около 3,82 сантиметра годишно – това е непрекъснат процес.

Грийн и екипът му са анализирали как магнитното поле на Луната е взаимодействало със земното при тези по-ранни условия. За целта те проектират компютърен модел, за да го симулират. Така откриват, че магнитните полета на двете тела са били свързани чрез полюсите. Това комбинирано магнитно поле би защитило атмосферата на Земята от слънчевия вятър.

Интересното е, че между двете тела може да е имало и обмен на атмосфера. Наскоро откритите доказателства сочат, че Луната е имала собствена атмосфера преди 3,5 до 4 милиарда години поради вулканична активност, задържана от лунното магнитно поле. Но азотът, открит в лунния реголит, озадачава учените, тъй като той трябва да е доставен отвън.

Симулациите на екипа предполагат, че Земята и Луната са могли да обменят атмосферни газове, предлагайки решение на пъзела за лунния азот. Тези симулации показват, че двете магнитни полета са останали свързани до преди около 3,5 милиона години. Това е откритие, което съвпада с времето на лунната атмосфера, както и силата на магнитното поле, за което преди беше установено, че е достигнало своя връх преди около 4 милиарда години.

Екипът се надява, че новите проби, които ще бъдат доставени от лунни мисии, ще предоставят повече информация. От особен интерес са регионите в постоянна сянка на полюсите. Те могат да задържат кислород и азот, извлечени от земната атмосфера, които може да са били унищожени от суровата слънчева радиация в другите райони на Луната.

Това е интересно, защото показва, че условията за обитаемост могат да изискват много повече от определен вид планета (скалиста) на определено разстояние (не твърде гореща, не твърде студена), обикаляща около определен вид звезда. Скорошни изследвания показват, че присъствието на газов гигант в същата система също може да бъде от решаващо значение поради гравитационното му влияние, както върху планетата, така и върху потенциално опасни обекти във външната система.

Разбирането кои от характеристиките на Земята и Слънчевата система са изиграли важна роля за обитаемостта ще помогне да се стесни търсенето на извънземен живот. Но проучването за Луната е важно и само по себе си.

„Разбирането на историята на магнитното поле на Луната ни помага да разберем не само възможните ранни атмосфери, но и как еволюира лунната вътрешност“, казва астрономът и заместник-главен учен на НАСА Дейвид Дрейпър. „Разказва ни за това какво би могло да бъде ядрото на Луната – вероятно комбинация от течен и твърд метал в даден момент от нейната история – и това е много важна част от пъзела за вътрешността на Луната.“

Изследването е публикувано в Science Advances.